一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置以及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置以及控制方法，屬于大型火電機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)的省煤器出口煙溫不能滿足脫硝系統(tǒng)最低連續(xù)噴氨煙溫要求。本發(fā)明設(shè)置匹配器對(duì)高壓加熱器內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入口煙汽溫度提高，滿足機(jī)組在各種工況下的脫硝要求。同時(shí)由于給水溫度提高，可提高機(jī)組循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。本發(fā)明的控制方法利用B樣條插補(bǔ)算法，對(duì)離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，進(jìn)而根據(jù)已知壓力差值能夠得到較為準(zhǔn)確噴嘴的張開度，進(jìn)而使得控制系統(tǒng)控制精度提高?？刂葡到y(tǒng)利用自適應(yīng)PID算法對(duì)噴嘴的張開度進(jìn)行微調(diào)，能夠及時(shí)根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整，使得控制方法更加準(zhǔn)確有效。
【專利說明】
一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置以及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置以及控制方法，屬于大型火電機(jī)組 脫硝控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)火電機(jī)組鍋爐脫硝裝置均為選擇性催化還原類(SCR)，根據(jù)我國(guó)的環(huán)保要求， 火電機(jī)組脫硝裝置應(yīng)能適應(yīng)鍋爐50%~100%BMCR工況之間的低負(fù)荷，以減少煙汽中氮氧 化物的排放量。由于我國(guó)電力裝機(jī)容量過剩以及電力需求不旺，當(dāng)前我國(guó)火電機(jī)組年平均 負(fù)荷率低于60%，大部分機(jī)組在50%負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)間超過2000h。當(dāng)鍋爐50%~60%低負(fù) 荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口（即SCR脫硝裝置入口）煙汽溫度較低，一方面催化劑活性較低，氨逃 逸率加大，增加空汽預(yù)熱器硫酸氫氨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面還原劑氨與煙汽中的S 0 3反應(yīng) 生成的硫酸氫氨和硫酸氨會(huì)沉積在催化劑上，進(jìn)一步降低催化劑的活性，甚至造成催化劑 不可逆轉(zhuǎn)的失活。
[0003] 為解決機(jī)組低負(fù)荷(50%-60%)運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙溫不能滿足脫硝系統(tǒng)最低 連續(xù)噴氨煙溫要求。美國(guó)、歐洲等一些國(guó)家的脫硝裝置通常設(shè)置了反應(yīng)器煙汽旁路，而我國(guó) HJ562-2010《火電廠煙汽脫硝工程技術(shù)規(guī)范》6.1.2條明確要求"脫硝系統(tǒng)不得設(shè)置反應(yīng)器 旁路"。一般我國(guó)火電機(jī)組從省煤器煙汽旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級(jí)布置和提高給 水溫度等方面進(jìn)行解決。
[0004] 省煤器煙汽旁路，抽取一部分高溫?zé)熎罶CR入口處，以調(diào)節(jié)進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙 汽溫度達(dá)到催化劑所需要的噴氨溫度，該措施系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備較少。但煙汽旁路在低負(fù)荷投 運(yùn)時(shí)提高了省煤器的出口煙溫，使空汽預(yù)熱器排煙溫度上升，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性。并且省煤器 進(jìn)口煙溫達(dá)到500°C以上，煙汽旁路調(diào)節(jié)擋板在高溫下極易變形，產(chǎn)生內(nèi)漏，加劇了排煙溫 度升高，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)在高負(fù)荷時(shí)擋板若內(nèi)漏大，可能會(huì)使省煤器出口煙溫達(dá)到 400°C以上，從而使催化劑燒結(jié)，導(dǎo)致催化劑活性降低。中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)?01510158404.8) 一種解決火電廠鍋爐脫硝裝置的入口煙溫較低的改造方法，在水平低溫過熱器入口與省煤 器出口之間加裝煙汽旁路，煙汽不進(jìn)入省煤器直接進(jìn)入SCR反應(yīng)器中，顯然不符合要求。
[0005] 省煤器給水旁路，在低負(fù)荷時(shí)通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)旁路給水流量，使省煤器進(jìn)水量減 少來降低省煤器的吸熱，使省煤器出口煙汽溫度提高，達(dá)到噴氨的要求。該措施實(shí)施簡(jiǎn)單、 投資費(fèi)用少。但水側(cè)換熱系數(shù)較煙汽側(cè)換熱系數(shù)高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，給水流量變化對(duì)省煤器吸 熱減少有限，即便旁路50 %給水量，省煤器出口煙溫也只提高3 °C，而此時(shí)省煤器出口的給 水溫度已接近飽和溫度，故該措施實(shí)施效果較差。
[0006] 省煤器分級(jí)布置，將部分省煤器面積轉(zhuǎn)移布置在SCR反應(yīng)器之后的煙道中，從而使 反應(yīng)器進(jìn)口煙溫提高到需要的溫度。該措施不改變汽水系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)的流程，不影響鍋 爐的運(yùn)行操作和效率。但該措施改造量大，投資大，并且需SCR反應(yīng)器下部有足夠的省煤器 安裝空間和鋼結(jié)構(gòu)荷載，一般現(xiàn)役機(jī)組無此條件，僅能在新建機(jī)組適用。
[0007] 提高給水溫度，可以減少省煤器換熱溫差，減少省煤器的換熱量，從而提高省煤器 的出口煙溫。省煤器出口煙溫提高值可達(dá)給水溫度提高值的1/3~1/2。省煤器出口煙溫提 高后，空汽預(yù)熱器出口煙溫略有上升，鍋爐效率略有下降，但利用汽輪機(jī)抽汽回?zé)崽岣咤仩t 給水溫度，提高了汽輪機(jī)的循環(huán)效率，整體來看，對(duì)機(jī)組的效率提高。
[0008] 目前有以下方法通過汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)改造，提高低負(fù)荷的給水溫度：1)利用汽輪 機(jī)三級(jí)抽汽過熱度，在高壓加熱器之后增設(shè)三級(jí)抽汽蒸汽冷卻器，由于三級(jí)抽汽參數(shù)給定， 提高給水溫度有限。2)利用現(xiàn)有高壓加熱器，直接從主蒸汽管道或者支管或者從高壓缸補(bǔ) 汽口引出蒸汽，經(jīng)過減溫加壓閥或者調(diào)壓閥接入高壓加熱器加熱蒸汽管道，在低負(fù)荷時(shí)采 用更高參數(shù)的蒸汽來替代高壓加熱器加熱蒸汽管道，需要耗用大量高參數(shù)蒸汽來加熱給 水，高壓加熱器換熱溫差大，經(jīng)濟(jì)性較差，并且由于機(jī)組日負(fù)荷頻繁波動(dòng)，需要運(yùn)行人員頻 繁跟蹤切換兩路汽源，極易造成機(jī)組抽汽閥損壞，對(duì)機(jī)組產(chǎn)生重大安全隱患。
[0009] 中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)?01610065362.8)火電廠低含塵煙汽SCR脫硝裝置、脫硝方法，其 中煙汽升溫采用高溫?zé)犸L(fēng)爐與煙汽蒸汽加熱器及回轉(zhuǎn)式煙汽換熱器相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)煙 汽的升溫，這種方式需要額外增加加熱設(shè)備，一方面需要額外消耗能源，另一方面需要增加 設(shè)備投入。
[0010]針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研發(fā)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在 的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無需手工操作， 自動(dòng)化程度高，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，并且能夠克服采用省煤器煙汽旁路影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性容易導(dǎo)致旁 路擋板內(nèi)漏，采用省煤器給水旁路給水量變化對(duì)省煤器吸熱量影響有限，采用省煤器分級(jí) 布置投資大和實(shí)施難度大，引入一路高參數(shù)的汽源替代高壓加熱器加熱蒸汽管道來提高給 水溫度帶來的經(jīng)濟(jì)性差和抽汽閥頻繁切換運(yùn)行易造成損壞等缺點(diǎn)。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0013] -種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，包括高壓缸、高壓加熱器，高壓缸把一部分蒸 汽通過輸送管輸送給高壓加熱器，高壓缸與高壓加熱器之間串聯(lián)用于調(diào)節(jié)高壓加熱器內(nèi)部 蒸汽溫度、壓力的匹配器，匹配器分別與用于同高溫高壓汽源相連接的第一管道、用于同高 壓缸的抽汽口相連接的第二管道、用于同高壓加熱器相連接的出口管道。
[0014] 本發(fā)明設(shè)置匹配器對(duì)高壓加熱器內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入 口煙汽溫度提高，滿足機(jī)組在各種工況下的脫硝要求。同時(shí)由于給水溫度提高，可提高機(jī)組 循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。
[0015] 進(jìn)一步地，匹配器包括同第一管道相通的第一腔體、同第二管道相通的第二腔體、 同出口管道相通的第三腔體，第一腔體前端為圓錐狀并伸入第二腔體中兩者相互貫通，第 二腔體前端為圓臺(tái)狀并與第三腔體貫通。
[0016] 進(jìn)一步地，第一腔體前端設(shè)置噴嘴，第一腔體后端固設(shè)電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器固 設(shè)用以同噴嘴相配合的一推桿。
[0017] 推桿包括第一桿部、第二桿部、第三桿部，第一桿部的形狀為圓錐體，第二桿部直 徑大于第三桿部的直徑。第一桿部設(shè)計(jì)為圓錐體與第一腔體相配合，能夠有效控制高溫高 壓蒸汽的流量，同時(shí)避免連接處漏汽。
[0018] 第一腔體伸入第二腔體的一端設(shè)置用以封合第一腔體的豎板，豎板設(shè)置用以穿設(shè) 推桿的圓孔。圓孔的直徑大于第三桿部，小于第二桿部的直徑。
[0019] 第三腔體前端為喇叭狀，后端為混合腔體。
[0020] 進(jìn)一步地，高溫高壓汽源連接一噴射栗。
[0021] 進(jìn)一步地，高溫高壓汽源為高壓缸補(bǔ)汽閥的蒸汽或汽輪機(jī)主蒸汽。
[0022] 進(jìn)一步地，高溫高壓汽源與匹配器之間連接用以降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器， 設(shè)置減溫器對(duì)過高的高溫高壓蒸汽進(jìn)行降溫，一方面降低到合理的溫度能夠避免損壞匹配 器，另一方面能夠獲得更多的高壓汽體，增加高溫高壓汽源的利用率。
[0023] 進(jìn)一步地，匹配器的電動(dòng)執(zhí)行器同一控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)在高壓加熱器的 入口蒸汽管道處設(shè)置蒸汽壓力測(cè)試點(diǎn)。通過設(shè)置蒸汽壓力測(cè)試點(diǎn)能夠有效檢測(cè)高壓加熱器 的溫度變化，進(jìn)而為控制系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制提供數(shù)據(jù)支持。
[0024] 進(jìn)一步地，省煤器出口煙溫能夠達(dá)到脫硝噴氨要求的工況下，噴嘴被第一桿部的 圓錐體堵住，高溫高壓蒸汽不進(jìn)入匹配器，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器的第二腔室、第三腔 室從匹配器的出口管道至高壓加熱器，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)控制公 式，計(jì)算噴嘴的張開度，控制系統(tǒng)控制電動(dòng)執(zhí)行器的推桿的行程來改變第一桿部的圓錐體 同噴嘴的距離，從而改變噴嘴的張開度，調(diào)節(jié)匹配器的第三腔體內(nèi)的出口蒸汽壓力，進(jìn)而調(diào) 節(jié)高壓加熱器內(nèi)的蒸汽壓力，從而調(diào)節(jié)給水溫度，最終使得SCR反應(yīng)器的煙汽溫度達(dá)到催化 劑所需要的噴氨溫度。
[0025]進(jìn)一步，對(duì)于同一機(jī)組，高壓加熱器的實(shí)際壓力與預(yù)設(shè)壓力的差值決定匹配器的 噴嘴的張開度，差值越大，開度越大，兩者存在一定的變化規(guī)律，為準(zhǔn)確控制噴嘴開度，提供 一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝控制方法?？刂品椒òㄈ缦虏襟E：
[0026] S1，搜集高壓加熱器的實(shí)際壓力與預(yù)設(shè)壓力的壓力差值與匹配器的噴嘴的張開度 相關(guān)數(shù)據(jù)；
[0027] S2,對(duì)壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用三次均勻B樣條擬合，進(jìn)而根據(jù)樣條插補(bǔ)算 法對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行樣條插補(bǔ)；以壓力差值XTk(u)與張開度y Tk(u)為橫縱坐標(biāo)，建立一組離散 的通過點(diǎn)(XTk(u)，yTk(u));
[0028] S201，反算控制點(diǎn)
[0029]由于B樣條算法直接用到的是控制點(diǎn)，所以必須知道控制點(diǎn)；由上述公式可知，己 知通過點(diǎn)可以反算出控制點(diǎn)；
[0030]控制點(diǎn)與通過點(diǎn)的反算涉及端點(diǎn)的計(jì)算問題，計(jì)算時(shí)參數(shù)u可以取0或者1來得到 相應(yīng)的端點(diǎn)關(guān)系式;采用三次B樣條算法時(shí):η個(gè)控制點(diǎn)可以得到n-2個(gè)通過點(diǎn)，這樣反算時(shí)， 己知量通過點(diǎn)是n-2個(gè)，未知量控制點(diǎn)是η個(gè)，這樣己知方程式比未知量少2個(gè)，缺少二個(gè)己 知條件;可以通過增加邊界條件來解決這個(gè)問題，認(rèn)為首末控制點(diǎn)與首末通過點(diǎn)相重，這樣 作為未知量就減少2個(gè)，就可以直接利用關(guān)系矩陣反算出控制點(diǎn)，關(guān)系矩陣如下所示：
[0032] 其中Pn為包含(Xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Τη為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)；
[0033] S202,構(gòu)造樣條函數(shù)
[0034]三次均勾B樣條插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)算公式：
[0036] 其中Pk為包含(xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)的一段 樣條曲線，k為第k段樣條曲線；
[0037] S203,己知壓力差值，計(jì)算張開度
[0038]將S202中的公式展開，得到兩個(gè)關(guān)系式一個(gè)是關(guān)于壓力差值，另一個(gè)是關(guān)于展開 度;已知壓力差值χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點(diǎn)范圍內(nèi)，再通過離散通過 點(diǎn)確定對(duì)應(yīng)的離散控制點(diǎn)，最終確定壓力差值所在的控制點(diǎn)區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定 壓力差值與參數(shù)u的關(guān)系式，可得到關(guān)于參數(shù)u的一元三次方程，如下式所示;涉及到對(duì)一元 三次方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達(dá)定理進(jìn)行求解；
[0040] 得到u值，根據(jù)展開度關(guān)于參數(shù)u的關(guān)系式即可計(jì)算出張開度值；
[0041] S3,控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的張開度控制電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)推桿移動(dòng)，使得噴嘴的張 開度達(dá)到上述的計(jì)算值。
[0042]利用三次均勻B樣條插補(bǔ)算法，對(duì)離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，進(jìn)而根據(jù)己知壓力差值能 夠得到較為準(zhǔn)確噴嘴的張開度，進(jìn)而使得控制系統(tǒng)控制精度提高。
[0043] 進(jìn)一步地，由于壓力差值與張開度變化關(guān)系還會(huì)受到其他因素的影響，利用樣條 插補(bǔ)算法計(jì)算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值的變化速率，利用自適應(yīng)PID算法進(jìn) 行微調(diào)，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)控制電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)噴嘴的張開度變大 一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控制系統(tǒng)控制電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)噴嘴的張開度變小 一定值，最終使得差值為零，并維持一定時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)利用自適應(yīng)PID算法對(duì)噴嘴的張開 度進(jìn)行微調(diào)，能夠及時(shí)根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整，使得控制方法更加準(zhǔn)確有效。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0045] 本發(fā)明設(shè)置匹配器對(duì)高壓加熱器內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入 口煙汽溫度提高，滿足機(jī)組在各種工況下的脫硝要求。同時(shí)由于給水溫度提高，可提高機(jī)組 循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。
[0046]本發(fā)明利用三次均勻B樣條插補(bǔ)算法，對(duì)離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，進(jìn)而根據(jù)己知壓力 差值能夠得到較為準(zhǔn)確噴嘴的張開度，進(jìn)而使得控制系統(tǒng)控制精度提高?？刂葡到y(tǒng)利用自 適應(yīng)PID算法對(duì)噴嘴的張開度進(jìn)行微調(diào)，能夠及時(shí)根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整，使得控制方法更加準(zhǔn) 確有效。
[0047]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無需手工操作，自動(dòng)化程度高，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，并且能夠克服采 用省煤器煙汽旁路影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性容易導(dǎo)致旁路擋板內(nèi)漏，采用省煤器給水旁路給水量變 化對(duì)省煤器吸熱量影響有限，采用省煤器分級(jí)布置投資大和實(shí)施難度大，引入一路高參數(shù) 的汽源替代高壓加熱器加熱蒸汽管道來提高給水溫度帶來的經(jīng)濟(jì)性差和抽汽閥頻繁切換 運(yùn)行易造成損壞等缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖2為本發(fā)明的匹配器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖3為本發(fā)明的推桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051 ]【附圖說明】：
[0052]圖中：1_高溫高壓汽源，2-高壓缸，3-減溫器，4-出口管道，5-匹配器，7-控制系統(tǒng)， 8_蒸汽壓力測(cè)試點(diǎn)，9-高壓加熱器，41-第一壓力測(cè)試點(diǎn)，42-第二壓力測(cè)試點(diǎn)，51-第一管 道，52-第二管道，53-噴嘴，54-第一腔體，55-第三腔體，56-豎板，57-第二腔體，58-電動(dòng)執(zhí) 行器，59-推桿，591-第一桿部5,592-第二桿部5,593-第三桿部5,60-混合腔體，11-第一電 動(dòng)截止閥，12-逆止閥，13-第二電動(dòng)截止閥，14-第三電動(dòng)截止閥，16-第四電動(dòng)截止閥。
【具體實(shí)施方式】
[0053]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0054]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì) 節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的 描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0055] 如圖1-3所示，一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，包括高壓缸2、高壓加熱器9，高 壓缸2把一部分蒸汽通過輸送管輸送給高壓加熱器9。所述高壓缸2與高壓加熱器9之間串聯(lián) 用于調(diào)節(jié)高壓加熱器9內(nèi)部蒸汽溫度、壓力的匹配器5,所述匹配器5分別與用于同高溫高壓 汽源1相連接的第一管道51、用于同高壓缸2的抽汽口相連接的第二管道52、用于同高壓加 熱器9相連接的出口管道4。所述第二管道52依次設(shè)置防止蒸汽回流的逆止閥12、用于控制 管道開閉的第二電動(dòng)截止閥13。所述出口管道4設(shè)置用于控制管道開閉的第四電動(dòng)截止閥 16。
[0056] 所述高溫高壓汽源1連接一用以驅(qū)動(dòng)蒸汽的噴射栗，其在與高壓缸2連接的管道上 設(shè)置一用于控制管道開閉的第一電動(dòng)截止閥11，確保蒸汽能夠安全輸送，所述高溫高壓汽 源1為高壓缸補(bǔ)汽閥的蒸汽或汽輪機(jī)主蒸汽。所述高溫高壓汽源與匹配器5之間串聯(lián)一用以 降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器3,所述減溫器3與匹配器5之間的連接管道設(shè)置一用于控制 管道開閉的第三電動(dòng)截止閥14。
[0057]所述匹配器5的電動(dòng)執(zhí)行器58同一控制系統(tǒng)7相連接，所述控制系統(tǒng)7分別在在高 壓加熱器9的入口蒸汽管道處設(shè)置蒸汽壓力測(cè)試點(diǎn)8、在第一管道51設(shè)置第一壓力測(cè)試點(diǎn) 41、在第二管道52設(shè)置第二壓力測(cè)試點(diǎn)42。
[0058]所述匹配器5包括同第一管道51相通的第一腔體54、同第二管道52相通的第二腔 體57、同出口管道4相通的第三腔體55,所述第一腔體54前端為圓錐狀并伸入第二腔體57中 兩者相互貫通，所述第二腔體57前端為圓臺(tái)狀并與第三腔體55貫通。
[0059]所述第一腔體54前端設(shè)置噴嘴53,所述第一腔體54后端固設(shè)電動(dòng)執(zhí)行器58,所述 電動(dòng)執(zhí)行器58固設(shè)用以同噴嘴53相配合的一推桿59。所述推桿59包括第一桿部591、第二桿 部592、第三桿部593，所述第一桿部591的形狀為圓錐體，所述第二桿部592直徑大于第三桿 部593的直徑。
[0060] 所述第一腔體54伸入第二腔體57的一端設(shè)置用以封合第一腔體54的豎板56,所述 豎板56設(shè)置用以穿設(shè)推桿59的圓孔。所述圓孔的直徑大于第三桿部593,小于第二桿部592 的直徑。所述第三腔體55前端為喇叭狀，后端為圓柱腔體。
[0061] 省煤器出口煙溫能夠達(dá)到脫硝噴氨要求的工況下，噴嘴53被第一桿部591的圓錐 體堵住，高溫高壓蒸汽不進(jìn)入匹配器5，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器5的第二腔室、第三腔室 從匹配器5的出口管道4至高壓加熱器9，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)7根據(jù)相關(guān)控制 公式，計(jì)算噴嘴53的張開度，控制系統(tǒng)7控制電動(dòng)執(zhí)行器58的推桿59的行程來改變第一桿部 591的圓錐體同噴嘴53的距離，從而改變噴嘴53的張開度，調(diào)節(jié)匹配器5的第三腔體55內(nèi)的 出口蒸汽壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)高壓加熱器9內(nèi)的蒸汽壓力，從而調(diào)節(jié)給水溫度，最終使得SCR反應(yīng) 器的煙汽溫度達(dá)到催化劑所需要的噴氨溫度。
[0062]對(duì)于同一機(jī)組，高壓加熱器9的實(shí)際壓力與預(yù)設(shè)壓力的差值決定匹配器5的噴嘴53 的張開度，差值越大，開度越大，兩者存在一定的變化規(guī)律，為準(zhǔn)確控制噴嘴53開度，提供一 種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝控制方法。所述控制方法包括如下步驟：
[0063] S1，搜集高壓加熱器9的實(shí)際壓力與預(yù)設(shè)壓力的壓力差值與匹配器5的噴嘴53的張 開度相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0064] S2,對(duì)壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用三次均勻B樣條擬合，進(jìn)而根據(jù)樣條插補(bǔ)算 法對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行樣條插補(bǔ)。以壓力差值XTk(u)與張開度yTk(u)為橫縱坐標(biāo)，建立一組離散 的通過點(diǎn)(XTk(u)，yTk(u))。
[0065] S201，反算控制點(diǎn)
[0066]由于B樣條算法直接用到的是控制點(diǎn)，所以必須知道控制點(diǎn)。由上述公式可知，已 知通過點(diǎn)可以反算出控制點(diǎn)。
[0067]控制點(diǎn)與通過點(diǎn)的反算涉及端點(diǎn)的計(jì)算問題，計(jì)算時(shí)參數(shù)u可以取0或者1來得到 相應(yīng)的端點(diǎn)關(guān)系式。采用三次B樣條算法時(shí):η個(gè)控制點(diǎn)可以得到n-2個(gè)通過點(diǎn)，這樣反算時(shí)， 己知量通過點(diǎn)是n-2個(gè)，未知量控制點(diǎn)是η個(gè)，這樣已知方程式比未知量少2個(gè)，缺少二個(gè)己 知條件。可以通過增加邊界條件來解決這個(gè)問題，認(rèn)為首末控制點(diǎn)與首末通過點(diǎn)相重，這樣 作為未知量就減少2個(gè)，就可以直接利用關(guān)系矩陣反算出控制點(diǎn)，關(guān)系矩陣如下所示：
[0069] 其中Ρη為包含(Xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Τη為包含(x Tk(u)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)。
[0070] S202,構(gòu)造樣條函數(shù)
[0071] =?:詢勻R樣備插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)筧公式：
[0073] 其中Pk為包含(xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)的一段 樣條曲線，k為第k段樣條曲線。
[0074] S203,己知壓力差值，計(jì)算張開度
[0075]將S202中的公式展開，得到兩個(gè)關(guān)系式一個(gè)是關(guān)于壓力差值，另一個(gè)是關(guān)于展開 度。己知壓力差值Χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點(diǎn)范圍內(nèi)，再通過離散通過 點(diǎn)確定對(duì)應(yīng)的離散控制點(diǎn)，最終確定壓力差值所在的控制點(diǎn)區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定 壓力差值與參數(shù)U的關(guān)系式，可得到關(guān)于參數(shù)U的一元三次方程，如下式所示。涉及到對(duì)一元 三次方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達(dá)定理進(jìn)行求解。
[0077]得到u值，根據(jù)展開度關(guān)于參數(shù)u的關(guān)系式即可計(jì)算出張開度值。
[0078] S3,控制系統(tǒng)7根據(jù)計(jì)算出的張開度控制電動(dòng)執(zhí)行器58驅(qū)動(dòng)推桿59移動(dòng)，使得噴嘴 53的張開度達(dá)到上述的計(jì)算值。
[0079] S4,由于壓力差值與張開度變化關(guān)系還會(huì)受到其他因素的影響，利用樣條插補(bǔ)算 法計(jì)算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值的變化速率，利用自適應(yīng)PID算法進(jìn)行微 調(diào)，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)7控制電動(dòng)執(zhí)行器58驅(qū)動(dòng)噴嘴53的張開度變大 一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控制系統(tǒng)7控制電動(dòng)執(zhí)行器58驅(qū)動(dòng)噴嘴53的張開度 變小一定值，最終使得差值為零，并維持一定時(shí)間。
[0080] 本發(fā)明的工作原理：
[0081] 汽輪機(jī)的高壓缸補(bǔ)汽閥的高壓蒸汽作為匹配器5抽送汽源，先經(jīng)過減溫器3減溫 后，經(jīng)第三電動(dòng)截止閥14、第一管道51引入噴嘴53,從噴嘴53噴出形成驅(qū)動(dòng)蒸汽，將壓力能 轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，在噴嘴53出口形成流速較高的射流，由于射流質(zhì)點(diǎn)的橫向紊動(dòng)和擴(kuò)散作用，與 周圍介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)量交換并將其帶走;從而使得高壓缸2直接引入的蒸汽從第二管道52被吸 上來，并隨同驅(qū)動(dòng)蒸汽一同進(jìn)入混合腔體60內(nèi)；在混合腔體60內(nèi)兩股蒸汽發(fā)生動(dòng)量交換，抽 送蒸汽將一部分能量傳遞給被抽送蒸汽，抽送蒸汽速度減慢，被抽送蒸汽速度加快，到達(dá)混 合腔體60末端，兩股蒸汽的速度漸趨一致，混合過程基本完成，然后進(jìn)入第三腔體55;在第 三腔體55內(nèi)流速漸降低壓力上升，最后從出口管道4排出，通過第四電動(dòng)截止閥16進(jìn)入高壓 加熱器9加熱給水。
[0082]本實(shí)施例中的匹配器5的噴嘴53張開度，由控制系統(tǒng)7控根據(jù)所述的控制方法控制 電動(dòng)執(zhí)行器58來調(diào)節(jié)，預(yù)設(shè)的加熱蒸汽壓力可以為定值也可以設(shè)置為隨負(fù)荷變化的值。 [0083]以超臨界600MW機(jī)組為例，50 %THA工況下，汽輪機(jī)的高壓缸補(bǔ)汽閥的高壓蒸汽作 為主蒸汽，其壓力為16 · 6MPa，高壓加熱器9設(shè)計(jì)抽汽壓力為3 · 15MPa，抽汽溫度為338°C，抽 汽流量約45t/h，設(shè)計(jì)給水溫度為236.5°C。此時(shí)SCR入口煙汽溫度約285°C，低于SCR催化劑 投運(yùn)溫度（約300°C)，為了將SCR入口煙汽溫度提高到投運(yùn)溫度以上，可以通過提高給水溫 度25~30°C至266.5°C，需將進(jìn)入到高壓加熱器9蒸汽壓力提高到5.2MPa。控制系統(tǒng)7進(jìn)行計(jì) 算分析，需要將25t/h，566°C主蒸汽先噴5t/h減溫水，形成壓力同主蒸汽基本接近，溫度約 440°C的高壓蒸汽，再進(jìn)入匹配器5，控制系統(tǒng)7根據(jù)控制方法控制噴嘴53張開度，引射15t/h 汽輪機(jī)一級(jí)抽汽，將原有高壓加熱器9加熱蒸汽（約3.15MPa)提高至5.2MPa，從而可以將最 終給水溫度提高至266.5 °C，將SCR入口煙汽溫度提到到300 °C以上，滿足機(jī)組在50 % THAI 況下脫硝要求。同時(shí)由于給水溫度提高25~30°C，可提高機(jī)組循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗 0.9g/kff · h〇
[0084]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名 稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明所作的舉例說明。凡依據(jù)本 發(fā)明專利構(gòu)思所述的匹配器構(gòu)造、匹配器抽送汽源選擇、匹配器調(diào)節(jié)方式以及所用的閥門 形式等所做的等效變化或者簡(jiǎn)單變化，均包括于本實(shí)用發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方 式替代，只要不偏離本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，包括高壓缸(2)、高壓加熱器(9)，高壓缸(2)把 一部分蒸汽通過輸送管輸送給高壓加熱器(9)，其特征在于，所述高壓缸(2)與高壓加熱器 (9)之間串聯(lián)用于調(diào)節(jié)高壓加熱器(9)內(nèi)部蒸汽溫度、壓力的匹配器(5)，所述匹配器(5)分 別與用于同高溫高壓汽源（1)相連接的第一管道(51)、用于同高壓缸(2)的抽汽口相連接的 第二管道(52)、用于同高壓加熱器(9)相連接的出口管道(4)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述匹配器 (5)包括同第一管道(51)相通的第一腔體巧4)、同第二管道(52)相通的第二腔體(57)、同出 口管道(4)相通的第Ξ腔體(55)，所述第一腔體(54)前端為圓錐狀并伸入第二腔體(57)中 兩者相互貫通，所述第二腔體(57)前端為圓臺(tái)狀并與第Ξ腔體(55)貫通。3. 如權(quán)利要求2所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述第一腔體 (54)前端設(shè)置噴嘴（53)，所述第一腔體（54)后端固設(shè)電動(dòng)執(zhí)行器(58)，所述電動(dòng)執(zhí)行器 (58)固設(shè)用W同噴嘴(53)相配合的一推桿(59); 所述推桿（59)包括第一桿部（591)、第二桿部（592)、第Ξ桿部（593)，所述第一桿部 (591)的形狀為圓錐體，所述第二桿部(592)直徑大于第Ξ桿部(593)的直徑； 所述第一腔體(54)伸入第二腔體(57)的一端設(shè)置用W封合第一腔體(54)的豎板(56)， 所述豎板(56)設(shè)置用W穿設(shè)推桿巧9)的圓孔;所述圓孔的直徑大于第Ξ桿部(593)，小于第 二桿部(592)的直徑； 所述第Ξ腔體巧5)前端為卿趴狀，后端為混合腔體(60)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高壓 汽源(1)連接一噴射累。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高 壓汽源(1)為高壓缸補(bǔ)汽閥的蒸汽或汽輪機(jī)主蒸汽。6. 如權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高壓 汽源與匹配器(5)之間連接用W降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器(3)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝裝置，其特征在于，所述匹配器 (5)的電動(dòng)執(zhí)行器巧8)同一控制系統(tǒng)(7)相連接，所述控制系統(tǒng)(7)在高壓加熱器(9)的入口 蒸汽管道處設(shè)置蒸汽壓力測(cè)試點(diǎn)(8)。8. 如權(quán)利要求1-7任一所述裝置的控制方法，其特征在于，省煤器出口煙溫能夠達(dá)到脫 硝噴氨要求的工況下，噴嘴巧3)被第一桿部(591)的圓錐體堵住，高溫高壓蒸汽不進(jìn)入匹配 器(5)，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器(5)的第二腔室、第Ξ腔室從匹配器(5)的出口管道(4) 至高壓加熱器（9)，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)（7)根據(jù)相關(guān)控制公式，計(jì)算噴嘴 (53)的張開度，控制系統(tǒng)(7)控制電動(dòng)執(zhí)行器(58)的推桿(59)的行程來改變第一桿部(591) 的圓錐體同噴嘴(53)的距離，從而改變噴嘴(53)的張開度，調(diào)節(jié)匹配器(5)的第Ξ腔體巧5) 內(nèi)的出口蒸汽壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)高壓加熱器(9)內(nèi)的蒸汽壓力，從而調(diào)節(jié)給水溫度，最終使得 SCR反應(yīng)器的煙汽溫度達(dá)到催化劑所需要的噴氨溫度。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，對(duì)于同一機(jī)組，高壓加熱器(9)的實(shí)際 壓力與預(yù)設(shè)壓力的差值決定匹配器(5)的噴嘴(53)的張開度，差值越大，開度越大，兩者存 在一定的變化規(guī)律，為準(zhǔn)確控制噴嘴(53)開度，提供一種火電機(jī)組高效低負(fù)荷脫硝控制方 法;所述控制方法包括如下步驟： si，捜集高壓加熱器(9)的實(shí)際壓力與預(yù)設(shè)壓力的壓力差值與匹配器(5)的噴嘴(53)的 張開度相關(guān)數(shù)據(jù)； s2,對(duì)壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用Ξ次均勻B樣條擬合，進(jìn)而根據(jù)樣條插補(bǔ)算法對(duì) 離散數(shù)據(jù)進(jìn)行樣條插補(bǔ)；W壓力差值XTk(u)與張開度yTk(u)為橫縱坐標(biāo)，建立一組離散的通 過點(diǎn)(XTk(u)，yTk(u)); S201，反算控制點(diǎn) 由于B樣條算法直接用到的是控制點(diǎn)，所W必須知道控制點(diǎn)；由上述公式可知，己知通 過點(diǎn)可W反算出控制點(diǎn)； 控制點(diǎn)與通過點(diǎn)的反算設(shè)及端點(diǎn)的計(jì)算問題，計(jì)算時(shí)參數(shù)U可W取(0)或者（1)來得到 相應(yīng)的端點(diǎn)關(guān)系式;采用Ξ次B樣條算法時(shí):η個(gè)控制點(diǎn)可W得到n-(2)個(gè)通過點(diǎn)，運(yùn)樣反算 時(shí)，己知量通過點(diǎn)是n-(2)個(gè)，未知量控制點(diǎn)是η個(gè)，運(yùn)樣己知方程式比未知量少(2)個(gè)，缺少 二個(gè)己知條件;可W通過增加邊界條件來解決運(yùn)個(gè)問題，認(rèn)為首末控制點(diǎn)與首末通過點(diǎn)相 重，運(yùn)樣作為未知量就減少(2)個(gè)，就可W直接利用關(guān)系矩陣反算出控制點(diǎn)，關(guān)系矩陣如下 所其中Ρη為包含(Xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Τη為包含(XTk(U)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)； 5202, 構(gòu)造樣條函數(shù) Ξ次均勻B樣條插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)算公式：其中Pk為包含(Xk，yk)控制點(diǎn)坐標(biāo)，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點(diǎn)坐標(biāo)的一段樣條 曲線，k為第k段樣條曲線； 5203, 己知壓力差值，計(jì)算張開度 將S202中的公式展開，得到兩個(gè)關(guān)系式一個(gè)是關(guān)于壓力差值，另一個(gè)是關(guān)于展開度；己 知壓力差值Χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點(diǎn)范圍內(nèi)，再通過離散通過點(diǎn)確 定對(duì)應(yīng)的離散控制點(diǎn)，最終確定壓力差值所在的控制點(diǎn)區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定壓力 差值與參數(shù)U的關(guān)系式，可得到關(guān)于參數(shù)U的一元Ξ次方程，如下式所示;設(shè)及到對(duì)一元Ξ次 方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達(dá)定理進(jìn)行求解；得到U值，根據(jù)展開度關(guān)于參數(shù)U的關(guān)系式即可計(jì)算出張開度值； S3,控制系統(tǒng)(7)根據(jù)計(jì)算出的張開度控制電動(dòng)執(zhí)行器(58巧Ε動(dòng)推桿(59)移動(dòng)，使得噴 嘴(53)的張開度達(dá)到上述的計(jì)算值。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，由于壓力差值與張開度變化關(guān)系還 會(huì)受到其他因素的影響，利用樣條插補(bǔ)算法計(jì)算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值 的變化速率，利用自適應(yīng)PID算法進(jìn)行微調(diào)，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)(7)控 制電動(dòng)執(zhí)行器(58巧Ε動(dòng)噴嘴(53)的張開度變大一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控 制系統(tǒng)(7)控制電動(dòng)執(zhí)行器(58)驅(qū)動(dòng)噴嘴(53)的張開度變小一定值，最終使得差值為零，并 維持一定時(shí)間。
【文檔編號(hào)】B01D53/56GK106076117SQ201610554442
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】羅海華, 謝尉揚(yáng), 周仁米, 顧偉飛, 董益華, 吳恒剛, 華敏, 趙佳俊, 朱寶, 趙衛(wèi)正, 陳杰
【申請(qǐng)人】浙江浙能技術(shù)研究院有限公司