[發明專利]基于熱量前饋信號的尿素水解反應器控制系統和方法

有效

• 申請號: 201510425496.1
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105116719B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張向宇;張波;李明皓;向小鳳;高寧;徐宏杰
• 申請（專利權）人: 中國華能集團公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明涉及火電廠脫硝用尿素水解制氨技術，具體為一種基于熱量前饋信號的尿素水解反應器控制系統和方法。

背景技術

近年來，國內外發電企業對液氨使用過程中的潛在危險越來越重視，在某些特殊地區及距離城市、居民區較近的燃煤電廠中，尿素水解制氨已成為制備SCR脫硝還原劑的推薦工藝。

尿素水解制氨工藝在火電廠SCR脫硝還原劑制備工段中逐漸得到應用，其操作條件和工藝路線與傳統的化工行業尿素深度水解技術存在顯著差別(CN204057981U，尿素水解反應器；CN203513297U，尿素溶液水解制氨系統；CN202430017U，一種應用于煙氣脫硝的尿素水解器；CN201458752U；制取煙氣脫氮所需還原劑的尿素水解系統；CN201971645U，尿素水解制氨系統)。火電廠尿素水解工藝是為了更方便、經濟地制備脫硝需要的氨氣，其原理為利用尿素溶液在壓力釜中發生水解反應生成氨氣。

尿素水解反應器的熱源可選用鍋爐二次風，如中國專利CN203922753U公開的一種利用鍋爐氣體的尿素水解制氨方法和裝置；也可選用電加熱方式，如中國專利CN203095628U公開的一種用于煙氣脫硝的電加熱尿素水解制氨反應器，但最為經濟可行的熱源是鍋爐產生的低壓蒸汽。加熱蒸汽通過盤管的方式進入水解器，加熱蒸汽不與尿素溶液混合，通過盤管回流，需要增加1個冷凝水回收裝置，水解器內的氣液兩相平衡體系的壓力約為0.6～1.0MPa，溫度約150℃。水解后的產物為NH₃、CO₂、H₂O的混合蒸汽，經除霧器除掉攜帶的水滴后，通過自身壓力送往氨氣稀釋系統，加入空氣后稀釋成濃度約5％的氨氣，送往SCR脫硝系統。

尿素水解裝置一般采用定壓運行。定壓運行方式下，控制目標為反應器壓力，當外界需求氨產量發生變化時，氣相出口閥門開始動作，將引起反應器內壓力發生變化，此時由反應器壓力連鎖控制的蒸汽閥門開度將發生改變，增加(或減少)的熱量將改變反應器內溫度，進而改變反應速度和氨產量，并引起反應器內壓力變化，通過PID調節作用，蒸汽閥門開度將逐漸趨于穩定值。由于水解反應器尺寸龐大，容器內儲存有大量高溫尿素溶液，在熱慣性的作用下，水解反應器工作溫度變化緩慢，再加上加熱蒸汽的熱傳導過程，從氣相出口閥門動作到加熱蒸汽閥門動作經歷的時間將很長，水解反應器對變負荷指令的響應速度很慢，變負荷過程中蒸汽閥門動作頻繁，熱量浪費非常嚴重。另一方面，尿素水解裝置的停機過程較為緩慢，當SCR區由于故障需要迅速切斷氨氣供應時，如何控制尿素水解裝置緊急停機也是亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供實現簡單，精確可靠，響應迅速的，基于熱量前饋信號的尿素水解反應器控制系統和方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明基于熱量前饋信號的尿素水解反應器控制方法，包括如下步驟，

1)根據尿素水解反應器運行數據擬合得到由水解反應器負荷到加熱蒸汽用量的傳遞函數f₂(x)；

2)由水解反應器負荷指令通過傳遞函數f₂(x)生成一路加熱蒸汽用量信號，并根據加熱蒸汽用量信號和加熱蒸汽調門開度信號之間的線性關系將其轉換為對應的第一加熱蒸汽調門開度信號；

3)根據水解反應器壓力設定值和測量值確定水解反應器壓力偏差信號，由水解反應器壓力偏差信號通過調門開度控制函數f₃(x)生成第二加熱蒸汽調門開度信號，得到變負荷工況下加熱蒸汽調門開度偏差值；

4)將第一加熱蒸汽調門開度信號引入加熱蒸汽調門開度自動控制邏輯中作為前饋信號，根據前饋信號確定變負荷工況下加熱蒸汽調門開度基準值；

5)將加熱蒸汽調門開度基準值和偏差值進行加權后輸出得到變負荷工況下加熱蒸汽調門開度信號。

優選的，將SCR區緊急關斷信號和水解反應器負荷指令進行唯一選擇后輸出；選擇時，SCR區緊急關斷信號的優先級高于水解反應器負荷指令的優先級。

優選的，負荷到加熱蒸汽用量的傳遞函數f₂(x)呈線性函數。