整定两级PID参数提高烟气脱硝系统稳定性

1、整定两级 PID 参数提高烟气脱硝系统稳定性引言烟气含有大量NOX S02等有毒气体，对大气、环境、气候 等具有严重污染，而我国NOX勺年排放量仅次于美国，且以煤炭 为主的能源结构在目前及今后很长一段时间内不会发生根本改 变，而实行烟气脱硝工程可以有效控制 NOX非放，实现燃煤电厂 成为绿色企业、 环保企业勺目标。 本文根据某发电厂某机组烟气 脱硝工程勺喷氨系统， 对自动控制调节阀门勺两级 PID 参数进行 整定、分析，从而更加迅速、精确、有效的控制出口 NOX实际值， 提高烟气脱硝系统稳定性。脱硝系统自动控制简介以某电厂某机组烟气脱硝系统为例， 烟气自省煤器出来， 在 烟道中与空气、氨气混合

2、气体相遇，共同进入 SCF反应区，在催 化剂下发生化学反应，生成 N2和H2O化学方程式如下：在一级PID优化算模块中，通过将 CEM啄统采集自省煤器 出来的烟气中NO焰量的数据，传输到DCS系统并通过后台计算， 得出所需NH3的量，与质量流量计测量传输到 DCS系统的实际喷 NH3量进行计算，将差值作为跟踪值。在投入自动、设定好出口 NOX目标值的前提下，将 CEMS系统采集的从SCR反应区出来的 NOX含量数据作为实际值（过程变量），自动计算出NH3的量，并加上需求的NH3量，作为二级PID的设定值。在二级PID中，引入一级PID的模拟量输出与需求的 NH3量之和作为设定值，将质量流量计测

3、量传输的实际喷 NH3量作为实 际值（过程变量），气氨进口调阀开度为跟踪值，自动调节喷氨 调阀控制喷氨量，以达到实际出口NOX含量数值与设定出口 NOX目标值相同的目的。由于CEMS系统从烟气管道中取样时带入大量灰尘及其他杂 质，可能堵塞取样仪器，于是加入吹扫环节。但在吹扫期间，系 统分析出烟气中NOX勺含量很低，致使计算后的氨气需求量大大 减少，调阀误动作，所以加入吹扫保持模块，在吹扫信号来到的 短时间内保持一级 PID 的过程变量为吹扫前那刻的数值， 对系统 实际情况影响很小，忽略吹扫环节对系统稳定性的影响。由于过剩NH3也会对环境造成污染，NH3还可以与SO3和H2O 反应生成易堵塞催化

4、剂的（NH4 2SO4或 NH4HSQ4所以添加强 制手动，在出口 NH3大于3.3PPM （该电厂该机组设计方给定） 时，自动切换手动输入。为避免硬件、 软件或其他因素导致的调阀大幅度波动， 设置 气氨进口调阀开度反馈与开度控制偏差过大时，强制手动。由设计要求的联锁致使气氨进口切断阀关闭时， 亦设置气氨 进口调阀强制手动， 避免在系统已经停止喷氨的情况下， 调阀始 终保持全开。脱硝喷氨系统SAMA图该电厂该机组脱硝自动控制系统实现连续控制功能的核心部分是SAM/图组态，图1为喷氨调阀页面，由两个 PID优化算 法块、 M/A 站优化算法块及其他算法块构成。图1某电厂某炉脱硝系统 SAMAS喷

5、氨调阀页面PID优化算法块的算法说明为：在自动时，其中Y （s）为输出信号，x为输入偏差信号，（T为比例带， Ti 为积分时间， Td 为微分时间。 喷氨系统 PID 不需要微分环节， 所以只调节比例带和积分时间以满足运行要求。M/A站优化算法块的作用是实现喷氨系统自动与手动间切 换，在自动方式下，手动输出增减按钮不起作用，目标值为手动 设定，即为一级PID的SP值。输入参数MRE为强制手动信号， 在某些条件下，直接切换成手动方式。其他算法块作用为脱硝系统自动控制简介中说明。PID参数初步设定PID参数的设定一般多为试凑法和经验法，在系统动态运行 下修改参数，直到系统趋于稳定。两级 PID 属

6、于串级 PID 类，一 级PID （串级的主PID）输出作为二级 PID （串级的副PID）的给 定值，笔者调试过程时，采取的是设定目标值为50mg/Nm3（允许输出的60%-70%，用经验法先将一级 PID的比例带（T设定 为15,积分时间Ti设定为600s。先整定二级PID，在调阀波动 相对稳定后再整定一级 PID。二级PID整定如同普通PID整定，先调整比例带 彷，再整定积分时间 Ti ，微分环节不作用，微分时间 Td 总为零。将整定 积分时间 Ti 直接取零， 取消积分环节作用， 仅用比例环节控制， 找到最优值； 再将整定积分时间 Ti 由小到大增加， 找到最优值。整定过程及系统画面两

7、级 PID 的所有参数都设定好后， 系统只是相对稳定， 需要 进一步调整，使系统稳定性提升。图 2 为笔者在调试期间将两级 PID 初步设定后的曲线， 一级 PID参数：比例带（T为15,积分时间Ti为600s；二级PID参 数:比例带彷为8,积分时间Ti为80s。图2两级PID初步设定后的曲线图2中，黄色曲线为入口 NOX分析，突然骤降是由于 CEMS 系统取样吹扫，周期为一小时；红色曲线为两级PID控制的喷氨 调阀开度反馈曲线,波动周期也为一小时左右,但与吹扫无关, 需要更改 PID 参数进一步整定； 橙色曲线为气氨流量, 随喷氨调 阀开度改变而改变；紫色曲线为出口 NOX分析，是最终脱硝

8、的实 际值，由于CEM睬集系统的取样、分析、传输等，会出现短暂 的滞后,所以以喷氨调阀开度反馈曲线为准,进行下一步调整。喷氨调阀开度反馈曲线出现的问题主要是绕大弯, 导致出口 NOX曲线随之绕弯，需要减小放大比例，增加比例带 彷；而且出 口 NOX曲线在逐渐往目标值收敛时， 速度太慢，即“曲线偏离回 复慢”,需要减小积分时间 Ti 。针对初步设定中出现的问题，将一级PID参数中的比例带（T 调整为 17后,喷氨调阀的开度反馈曲线依旧绕大弯；将其调整为 20 后，喷氨调阀的开度反馈曲线开始频繁振荡，出现过调现象，于是将一级 PID的比例带（T调整回15。尝试更改二级 PID 的比例带（T，将其调

9、整为10,发现喷氨调阀的开度反馈曲线振 荡相对稳定，出口 NOX曲线随之稳定。再将一级PID参数中的积分时间Ti逐步减小调整，出口 NOX 曲线回复速度提高，当积分时间Ti减小到300s时，出口 NOX曲 线逐渐收敛于目标值，再进一步降低积分时间 Ti 时，发现出口 NOX曲线需要经过长时间的波动后，才能逐渐回到目标值上，于 是将一级PID的积分时间Ti调整回300s。尝试更改二级PID的 积分时间 Ti ，发现增大或者减小积分时间都会明显干扰曲线稳 定，再将其定回 80s。最终，一级PID参数：比例带（T为15,积分时间Ti为300s; 二级PID参数:比例带（T为10,积分时间Ti为80s

10、。经过几天 观察发现这些参数符合该机组烟气脱硝系统要求, 在高负荷、 低 负荷以及变化负荷的情况下，出口 NOX勺含量都能在设定目标值 附近波动,满足国家、行业的规范标准。图3为两级PID参数最终版结果，图4为两级PID参数调整 后的曲线。图 3 最终版参数图4PID参数整定后的曲线图 4 中绿色曲线为该电厂该机组的负荷,夜晚稳定在 400MW左右；黄色曲线为入口 NOX分析，稳定在500Nmg/m3左右；红色 曲线为两级 PID 控制的喷氨调阀开度反馈曲线，周期调整到 30 分钟左右，波动平缓；橙色曲线为气氨流量，随喷氨调阀开度改 变而改变；紫色曲线为出口 NOX分析，是最终脱硝的实际值，波 动平缓，在目标值附近收敛，且回复速度快。结语如图 4 所示，最终实际值曲线已达到烟气脱硝系统自动化调 节要求， 两级 PID 参数整定合格， 提高了烟气脱硝系统运行的稳 定性，为发电厂该系统日常顺利生产提供软件保障。就发电厂烟气脱硝系统而言，两级PID中，二级PID（副PID） 具有粗调