论文总字数：26797字

摘 要

我国国民经济在快速地发展，对于电力资源需求也跟着提高。火电厂的火电机组的总装机容量也在不停的增加，烟尘、二氧化硫、氮氧化物（NO_x ）等有害物质也会因此变得越来越多，这会对人类赖以生存的生态环境造成巨大的污染破坏。而在这些排放的大气污染物当中，氮氧化物的控制处理最为宽松，需要对此进行研究。

目前，SCR脱硝技术的效率最高，可达到89％以上，不仅运行稳定还没有二次污染。但是SCR烟气脱硝系统的喷氨量控制响应时间较长，使用常规的控制方法不足以得到满意的系统控制品质，如果想要获得良好的控制效果，就必须针对该系统的特性设计一套新型的控制方案。所以本文研究600MW超临界机组SCR脱硝系统的建模与优化工质，并进行仿真试验。

本文首先介绍了SCR脱硝技术的发展和研究现状，同时介绍了传统策略与先进方法，并分别选取一种方法进行实验研究。针对某电厂600MW超临界机组SCR脱硝系统，利用在现场采集的动态特性数据，然后利用最小二乘法辨识SCR脱硝系统被控对象的传递函数模型。在MATLAB的SIMULINK平台上搭建了不同控制策略的SCR脱硝系统的仿真模型。分别采用了串级PID控制和模糊PID控制两种策略，并利用临界比例带法整定PID控制器参数。

本文通过两种控制方法进行仿真实验对比两者的控制效果，得到的结果是模糊控制的方法要比串级控制更优。

关键词：SCR脱硝，600MW，模糊控制，串级控制

Abstract

China's national economy is developing rapidly and demand for electric power resources has also increased. The total installed capacity of fossil-fired power plants in thermal power plants is also increasing, and harmful substances such as soot, sulfur dioxide, and nitrogen oxides (NO_x) will become more and more. This will cause ecological environment for human survival. Huge pollution damage. Among these emitted air pollutants, the control of nitrogen oxides is the most lenient and needs to be studied.

At present, the efficiency of SCR denitrification technology is the highest, which can reach more than 89%. It is not only stable in operation but also has no secondary pollution. However, the ammonia injection amount control response time of the SCR flue gas denitration system is long, and the use of conventional control methods is insufficient to obtain a satisfactory system control quality. If a good control effect is to be obtained, a new type of design must be designed for the characteristics of the system. The control program. Therefore, this paper studies the modeling and optimization of SCR denitrification system for 600 MW supercritical units, and conducts simulation tests.

This article first introduced the development and research status of SCR denitrification technology. At the same time, it introduced traditional strategies and advanced methods, and selected one method for experimental research. For the SCR denitrification system of a 600 MW supercritical unit in a power plant, the dynamic characteristic data collected in the field are used, and then the transfer function model of the controlled object of the SCR denitrification system is identified by the least squares method. A simulation model of SCR denitrification system with different control strategies was built on the SIMULINK platform of MATLAB. Cascade PID control and fuzzy PID control are adopted respectively, and the parameters of the PID controller are adjusted by the critical proportional band method.

This paper uses two control methods to carry out simulation experiments to compare the control effect of the two. The result is that the fuzzy control method is better than the cascade control.

KEY WORDS: SCR denitrification, 600MW, fuzzy control, cascade control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 课题的背景和意义 2

1.2 SCR脱硝技术国内外研究现状 4

1.2.1 国外研究现状 4

1.2.2 国内研究现状 5

1.3 论文主要工作 6

第二章 SCR脱硝系统模型辨识 7

2.1 辨识的基本原理和方法 7

2.2 最小二乘法 7

2.3 工程实验方法 8

2.4 模型辨识 9

第三章 传统控制技术SCR脱硝系统 13

3.1 传统控制策略 13

3.1.1 单回路控制 13

3.1.2 串级PID控制 14

3.1.3 Smith预估补偿控制 15

3.2 串级控制系统仿真实验 16

3.2.1 串级PID系统设计 16

3.2.2 PID参数整定及仿真研究 17

第四章 先进控制技术SCR脱硝系统 20

4.1 先进控制技术 20

4.1.1 模糊PID控制 20

4.1.2 基于预估器的模糊-混合控制器 20

4.2 模糊控制 21

4.2.1 原理 21

4.2.2 优缺点 22

4.3 模糊控制器设计 22

4.3.1 确定模糊控制器的输入量及其模糊化 23

4.3.2 模糊规则 23

4.3.3 模糊推理 24

4.3.4 清晰化及输出量变换 24

4.4 模糊PID脱硝系统的设计和仿真 25

4.4.1 模糊PID控制器的设置 26

4.4.2 仿真研究 30

第五章 总结与展望 33

致谢 34

参考文献 35

绪论

课题的背景和意义

随着我国国力的增强，经济快速地发展，电力工业也有了长足的进步。现在我国的发电装机不论是总容量，还是发电量都占据着世界的第二位。并且，我国发电装机的容量保持着每年7%~8%的速率在飞速增长，这也意味着发电工业产生了更多的污染物，对环境的破坏变得更加巨大。这将严重影响到人们的正常生活，以及对人们的身体造成不可预测的伤害。从我国的能源资源来看，煤炭是我国最重要的一次能源，也正是因为煤炭资源的地位决定了我国火力发电的燃料大多都是燃煤。从过往的资料统计来看，我国火力发电占据着主导地位，发电量占年发电量的76%左右，并且在以后较长的时间里，火力发电的地位依旧不可撼动。由于我国火力发电的主要发电方式是依靠燃煤，而燃煤电厂的运行的过程中会产生大量的氧化氮（NO_x）、硫氧化物（SO_x）、有害金属元素以及粉尘等的大气污染物，这些大气污染物会对周围的环境造成污染，产生极大的破坏，同时会使人们产生各种身体疾病，对人类的健康有着严重的损害。这么多年以来，我国通过了不断的努力，在硫氧化物和粉尘的控制排放方面取得了巨大的成功和效果，然而出除了硫氧化物等还有氧化氮需要解决处理。目前的环境状态依然有些糟糕，并不是那么的理想，环境保护的要求也因此变得越来越严格，为了未来的环境变得更加理想，氧化氮的排放控制研究是人们现在需要攻克的重大课题^[1]。

NO_x是大气污染物，它排放到大气中后经过一些物理和化学过程，产生一些有害的作用，对生态环境以及人体健康造成破坏。比如NO_x容易与氧气和水易反应生成强酸，是除硫氧化物以外形成酸雨的主要原因，酸雨有一定的腐蚀性，会对建筑物、植物以及生物皮肤造成破坏；NO_x具有毒性，NO容易与血液中的血红蛋白结合，减少血红蛋白的输氧量，如果人体长时间处于这种状态，会产生缺氧的症状；NO_x会转化成细微颗粒物漂浮在大气中，PM2.5可以进入到人体的肺、支气管等部位，从而对呼吸道产生严重的危害，甚至可以导致死亡；除了CO₂，NO_x也是温室气体，它们都可以引起温室效应，并且NO_x比CO₂产生的效应更为剧烈，是CO₂的200~300倍，同时也是破坏臭氧层的主要气体之一；NO_x还会影响可见度，因为它会产生光化学烟雾，同时光化学烟雾对人的眼睛和呼吸系统有强烈的刺激性，引起眼睛与呼吸系统的疾病；另外从经济性上来说，NO_x产生环境污染的经济损失和治理费用比SO₂高三分之一。由以上可以了解到，NO_x对生态环境和人体健康等都有极大的危害，也因为如此，各国对NO_x的排放做出了对应的限制^[2-4]。

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