阅读说明：本技术 一种sncr脱硝喷氨量智能控制系统和方法 (Intelligent control system and method for SNCR (selective non-catalytic reduction) denitration ammonia injection amount ) 是由 周宏强 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本实本发明提供一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制系统和方法,具体地说是一种多变量相关参数参与控制的喷氨量智能控制系统和方法。本发明旨在解决目前水泥窑SNCR脱硝喷氨量控制系统被控参数单一、氨水喷洒量调节滞后、环保排放指标波动较大等问题,该控制系统和方法可以采集多个影响氮氧化物排放量的重要参数,并综合各参数的变化趋势自动预测氮氧化物的排放量,从而可以提前对氨水喷洒量做出调节,使环保排放指标趋于稳定。(The invention provides an intelligent control system and method for SNCR (selective non-catalytic reduction) denitration ammonia injection amount of a cement kiln, in particular to an intelligent control system and method for ammonia injection amount with participation of multivariable related parameters in control. The invention aims to solve the problems that the SNCR denitration ammonia spraying amount control system of the cement kiln has single controlled parameter, lagged ammonia spraying amount adjustment, larger environmental protection emission index fluctuation and the like, and the control system and the method can collect a plurality of important parameters influencing the emission amount of nitrogen oxides and automatically predict the emission amount of the nitrogen oxides by integrating the variation trend of each parameter, thereby adjusting the ammonia spraying amount in advance and leading the environmental protection emission index to tend to be stable.)

一种SNCR脱硝喷氨量智能控制系统和方法

技术领域

本发明适用于干法水泥窑SNCR脱硝系统，具体地说是一种多变量相关参数参与控制的喷氨量智能控制系统和方法。

背景技术

水泥窑在熟料生产过程中会排放大量的气体污染物，最主要的污染物排放是氮氧化物(NO_X)，其中NO_X的主要成分是NO和NO₂，近年来随着国家环保部门对污染物排放指标的要求不断加强及水泥企业环境保护意识的提高，目前很大一部分干法水泥企业都是采用了SNCR脱硝方式来降低NO_X的排放量，即通过向分解炉喷洒一定量的氨水(NH₃),使NH₃与NO_X进行化学反应生成氮气(N₂)和水(H₂O)，达到降低氮氧化物的排放量，化学反应方程式如下：

①4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

②4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O

由以上化学反应方程式可知氨水的喷放量较少时会造成氮氧化物还原不充分、氮氧化物排放超标；氨水的喷放量较多时会增加企业生产成本，同时过量的氨水会造成氨逃逸排放过量，过量的氨气溢出会与硫化物反应形成硫酸铵，硫酸铵会加速窑尾排风机及收尘器的腐蚀等；目前大部分企业的氨水喷洒量是通过操作员手动调节，一是工作量较大，二是调节不及时，少部分企业采用传统PID算法根据氮氧化物的含量与目标值偏差自动调节氨水喷洒量，但是由于影响水泥窑NO_X排放量的因素比较多，比如生料投料量、喂煤量、污泥处置量等，每个参数的变化都会影响到NO_X的排放量，另外由于随各参数变化有较大的惯性及滞后性，所以采用传统PID这种单输入单输出的控制器调节相对滞后，控制效果不太理想，所以设计一款多变量输入输出的控制器，能综合各种影响因素进行自动预调节的控制系统显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在解决目前水泥窑SNCR脱硝喷氨量控制系统被控参数单一、氨水喷洒量调节滞后、环保排放指标波动较大等问题，从而提供一种采集多种相关被控参数综合控制的喷氨量智能控制系统和方法，该控制系统和方法可以采集多个影响氮氧化物排放的重要参数，并综合各参数的变化趋势自动预测氮氧化物的排放量，从而可以提前对氨水喷洒量做出调节，使环保排放指标趋于稳定。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制系统，包括上位机、报警音响、PLC控制器、数据采集模块、输出控制模块、变频器、氨水喷洒泵；数据采集模块连接PLC控制器，数据采集模块采集氮氧化物排放反馈值、变频器频率反馈值、氨水泵流量反馈值、分解炉喂煤量反馈值、污泥投料量反馈值等相关参数，并将各相关参数并传送至PLC控制器；所述PLC控制器连接上位机及输出控制模块，PLC控制器将相关参数通过逻辑运算后显示于上位机，并将控制数据传送到输出控制模块；所述上位机连接报警音响，上位机可进行控制模式切换及控制参数输入，同时排放指标超出环保要求时可进行报警提示，并将声响报警输出到报警音响；所述输出控制模块连接变频器，调节变频器频率；所述变频器连接氨水喷洒泵，通过频率变化来调节氨水喷洒量。

优选地，所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC。

一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制方法，包括以下步骤：

15)上位机将控制器设置在智能控制状态；

16)控制器依次循环判断分解炉喂煤量、城排污泥投料量变化较前一次采样数据变化情况、氨逃逸排放量及氮氧化物排放反馈值变化趋势；

17)如果检测到分解炉喂煤量反馈值较前一次采样数据增大△x，且此时氨逃逸实际值小于环保排放指标，氨水泵频率按设定比例系数(k1)自动增加k1*x；

18)如果检测到分解炉喂煤量反馈值较前一次采样数据减小△x，氨水泵频率按设定比例系数(k1)自动减小k1*X；

19)如果检测到城排污泥投料量反馈值较前一次采样数据增大△y，氨水泵频率按设定比例系数(k2)自动减小k2*y；

20)如果检测到城排污泥投料量反馈值较前一次采样数据减小△y，且此时氨逃逸实际值小于环保排放指标，氨水泵频率按设定比例系数(k2)自动增加k2*y；

21)如果检测到NO_X反馈值小于目标值△z，且NO_X反馈值变化趋势为下降或者不升不降状态，氨水泵频率按设定比例系(k3)自动减小k3*z；

22)如果检测到NO_X反馈值小于目标值△z，且NO_X反馈值变化趋势为上升状态，氨水泵频率不做调节；

23)如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据减小△z,氨水泵频率按设定比例系(k3)自动减小k3*z；

24)如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据没有变化,氨水泵频率不做调节；

25)如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据增大△z,氨水泵频率按设定比例系(k3)自动增加k3*z；

26)如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值小于环保排放指标,如果NO_X反馈值变化趋势为上升或者不升不降状态，氨水泵频率按设定比例系(k3)自动增加k3*z；

27)如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值小于环保排放指标,如果NO_X反馈值变化趋势为下降状态，氨水泵频率不做调节；

28)如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值大于环保排放指标,氨水泵频率不做调节，进行上位机及音响报警提示操作员进行减料等相关操作；

优选地，比例系数k1、k2、k3均可在上位机进行调试整定。

本发明提供一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制系统和方法，与现有技术相比，其有益效果通过下述几个新特点说明：

1、多变量同时参与控制：采集多个与氮氧化物排放量相关的参数参与控制，任意一个相关参数发生变化都可以对氨水喷洒量做出调节，与以往控制系统相比，现有控制系统调节更加及时；

2、趋势预测控制：控制器根据各相关参数的变化趋势来综合预测氮氧化物排放量变化趋势，根据预测结果进行氨水喷洒量预调节，使氮氧化物排放量更易于稳定，满足环保排放指标；

3、减轻劳动强度：控制器采用PLC控制器循环检测各相关参数，并根据设定逻辑运算结果实时对氨水泵频率做出调节，提高了工作效率，减轻操作人员劳动强度；

附图说明

图1是本发明的硬件系统结构图；

图2是本发明的智能控制算法流程图；

图3是本发明的控制器输入输出接口图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的硬件系统结构图

一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制系统，包括上位机、报警音响、PLC控制器、数据采集模块、输出控制模块、变频器、氨水喷洒泵；

所述数据采集模块采用西门子SM331系列模拟量输入模块，采集模块连接PLC控制器，数据采集模块采集氮氧化物排放反馈值、变频器频率反馈值、氨水泵流量反馈值、分解炉喂煤量反馈值、污泥投料量反馈值等相关参数，并将各相关参数并传送至PLC控制器；

所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC，所述PLC控制器连接上位机及输出控制模块，PLC控制器将相关参数通过逻辑运算后显示于上位机，并将控制数据传送到输出控制模块；

所述上位机采用西门子WinCC(Windows Control Center)--视窗控制中心设计控制界面，上位机连接报警音响，上位机可进行控制模式切换及控制参数输入，同时排放指标超出环保要求时可进行报警提示，并将声响报警输出到报警音响；

所述输出控制模块采用西门子SM332系列模拟量输出模块，输出模块连接变频器，调节变频器频率；

所述变频器连接氨水喷洒泵，通过频率变化来调节氨水喷洒量。

如图2所示为本发明的智能控制算法流程图。

如图3所示为本发明的控制器输入输出接口图。

一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制方法，实例实现方式如下：

本实例采用西门子SCL(Structured Control Language)结构化控制语言编制控制算法，控制算法如图2所示，具体算法编写逻辑如下：

1、控制器判断控制方式是否设置为智能控制状态；

2、控制器依次循环判断分解炉喂煤量、城排污泥投料量变化较前一次采样数据变化情况、氨逃逸排放量及氮氧化物排放反馈值变化趋势；

3、如果检测到分解炉喂煤量反馈值较前一次采样数据增大△x，且此时氨逃逸实际值小于环保排放指标，氨水泵频率按设定比例系数(k1)自动增加k1*X；

4、如果检测到分解炉喂煤量反馈值较前一次采样数据减小△x，氨水泵频率按设定比例系数(k1)自动减小k1*X；

5、如果检测到城排污泥投料量反馈值较前一次采样数据增大△y，氨水泵频率按设定比例系数(k2)自动减小k2*y；

6、如果检测到城排污泥投料量反馈值较前一次采样数据减小△y，且此时氨逃逸实际值小于环保排放指标，氨水泵频率按设定比例系数(k2)自动增加k2*y；

7、如果检测到NO_X反馈值小于目标值△z，且NO_X反馈值变化趋势为下降或者不升不降状态，氨水泵频率按设定比例系(k3)自动减小k3*z；

8、如果检测到NO_X反馈值小于目标值△z，且NO_X反馈值变化趋势为上升状态，氨水泵频率不做调节；

9、如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据减小△z,氨水泵频率按设定比例系(k3)自动减小k3*z；

10、如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据没有变化,氨水泵频率不做调节；

11、如果检测到NO_X反馈值等于目标值，且NO_X反馈值较上次采样数据增大△z,氨水泵频率按设定比例系(k3)自动增加k3*z；

12、如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值小于环保排放指标,如果NO_X反馈值变化趋势为上升或者不升不降状态，氨水泵频率按设定比例系(k3)自动增加k3*z；

13、如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值小于环保排放指标,如果NO_X反馈值变化趋势为下降状态，氨水泵频率不做调节；

14、如果检测到NO_X反馈值大于目标值△z，且氨逃逸反馈值大于环保排放指标,氨水泵频率不做调节，进行上位机及音响报警提示操作员进行减料等相关操作；

智能控制算法编写完成后采用CFC(Continuous Function Chart)连续功能图进行调用封装，并设置输入、输出接口，如图3所示；

将输入输出接口功能块在PLC循环中断功能块中调用，设定循环中断时间为1秒，智能控制器将以1秒为循环周期监测各控制参数变化状态，并将运算结果输出到输出控制模块来调节变频器频率，从而改变氨水泵的氨水喷洒量。

本发明提供一种水泥窑SNCR脱硝喷氨量智能控制系统和方法，具有以下有益效果：

1、多变量同时参与控制：采集多个与氮氧化物排放量相关的参数参与控制，任意一个相关参数发生变化都可以对氨水喷洒量做出调节，与以往控制系统相比，现有控制系统调节更加及时；

2、趋势预测控制：控制器根据各相关参数的变化趋势来综合预测氮氧化物排放量变化趋势，根据预测结果进行氨水喷洒量预调节，使氮氧化物排放量更易于稳定，满足环保排放指标；

3、减轻劳动强度：控制器采用PLC控制器循环检测各相关参数，并根据设定逻辑运算结果实时对氨水泵频率做出调节，提高了工作效率，减轻操作人员劳动强度；

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。