焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法及裝置與流程

本發明涉及冶金工業
技術領域：
，具體涉及焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法及裝置。
背景技術：
：焦爐排放的煙道氣的主要有害成分以氮氧化物和硫化物為主，其硫化物來自于燃氣中的含硫成分，氮氧化物來自于助燃空氣中的氮氣高溫氧化。目前，可以采用濕式氨法強制湍流脫硫和強制氧化尿素脫硝一體化工藝對焦爐的煙道氣進行脫硫和脫硝。其中，煙道氣脫硝過程的控制目標為在保證安全運行的前提下將脫硝塔出口煙氣的氮氧化物濃度控制在預設標準的限制以內，如小于150-500mg·m-3，同時還要盡可能降低臭氧和尿素的消耗量。但是，由于尿素溶液濃度不可測，煙道氣脫硝過程通常保持尿素的循環量保持不變，并將臭氧發生機的輸出功率作為主要操作變量。圖1示例性示出了脫硫脫硝一體化裝置結構，如圖所示，脫硫脫硝一體化裝置主要包括余熱鍋爐11、增壓風機12、脫硫塔13、脫硝塔14、臭氧發生機15和涼水塔16。其中，余熱鍋爐11可以利用煉焦煙氣的熱量對流體加熱。增壓風機12可以將煙道煙氣引入脫硫塔13。脫硫塔13可以用對煉焦煙氣進行脫硫處理，該脫硫塔13包括吸收段131、濃縮段132、儲液段133、氧化段134、氣體管路135、氨水儲罐136、硫酸銨循環槽137、固液分離裝置138和干燥脫水裝置139。脫硝塔14可以用于對煉焦煙氣進行脫硝處理，該脫硝塔14包括尿素溶解槽141。臭氧發生機15可以向脫硫塔13和脫硝塔14輸出臭氧。涼水塔16可以用于降低脫硫塔13中工藝水的水溫。脫硝塔14中涉及的化學反應主要包括：進一步地，焦爐通常采用換向操作提高熱量的利用率，具體為通過換向傳動裝置對包含煤氣/空氣的上升氣流，以及包含廢氣的下降氣流進行方向變換：例如，換向前下降氣流蓄熱室可以吸收下降氣流的熱量，上升氣流蓄熱室可以為上升氣流預熱；換向后原下降氣流流經的蓄熱室開始為原上升氣流預熱，原上升氣流流經的蓄熱室開始吸收原下降氣流的熱量。圖2示例性示出了焦爐換向期間氣流變化狀態，如圖所示，焦爐由下降轉為上升的換向過程主要包括三個階段：第一階段(1～15.8s)煙道氣正常流通；第二階段(15.9～24.9s)關閉煙道氣流通并在24.9s時完全關閉，且(21.9～30.8s)打開空氣管路并在30.8s時完全打開空氣管路；第三階段(31.6～46.6s)打開煤氣管路。焦爐由上升轉為下降的換向過程中也主要包括三個階段：第一階段(1～15s)開閉煤氣管路并在15s時完全關閉煤氣管路；第二階段(15.8～24.9s)打開空氣管路并在24.9s時完全打開空氣管路，且(21.9～30.8s)打開煙道氣管路并在30.8s時完全打開煙道氣管路；第三階段(31.6～46.6s)維持煙道氣正常流通。但是，在上述換向過程中煙道氣成分會呈現大幅度波動，臭氧發生機的操作人員無法根據煙道氣成分的波動情況及時且準確的調節臭氧發生機的輸出功率，并且臭氧發生機的耗電成本較大，若在上述換向過程不對臭氧發生量進行調節，令其始終處于非換向時的輸出功率運行狀態，將會造成能源的巨大浪費并增大運營成本。同時，脫硫脫硝裝置的煙道氣的入口和出口相距較遠，煙道氣的濃度檢測過程存在較大滯后，若采用常規的反饋控制，可能造成臭氧發生機控制不及時，引起出口處煙道氣濃度超標。技術實現要素：為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決焦爐煙道氣的脫硫脫硝設備內臭氧發生機無法在焦爐換向過程中靈活調節臭氧發生量的技術問題，本發明提供了一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法及裝置。第一方面，本發明中一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法的技術方案是：所述方法包括：依據原始煙道氣在焦爐換向過程中氮氧化物濃度平均最低值c'和脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度設定值cset，調節所述脫硫脫硝裝置內臭氧發生機的臭氧輸出量：若c'≥cset，則依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，確定第一前饋調節策略并依據所述第一前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量；若c'＜cset，則依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型和在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，確定第二前饋調節策略并依據所述第二前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量；其中，所述原始煙道氣為經焦爐排出的且未進入脫硫脫硝裝置的煙道氣。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第一前饋調節策略和第二前饋調節策略均包括如下式所示的前饋控制傳遞函數：其中，所述gpc為預設煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數，所述gout為預設煉焦工況下脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第二前饋調節策略還包括：在焦爐換向過程的δt1時段內依據前饋控制傳遞函數調節臭氧發生機的臭氧輸出量，在δt2時段內關閉臭氧發生機或控制臭氧發生機按照小于預設功率閾值的第一功率運行，在δt2時段后控制臭氧發生機按照預設穩態功率運行；其中，所述δt1為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時開始下降的時刻之間的時間間隔；所述δt2為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及由下降再次上升恢復至氮氧化物濃度設定值cset的時刻之間的時間間隔。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述確定第二前饋調節策略之前，還包括按照下式計算焦爐換向過程的δt1時段和δt2時段，具體為：其中，所述ci為第i個預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，i＝1,2,...,n，n為預設煉焦工況的總數；所述為在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的預設第二時域響應函數，t為時間變量；所述δt3為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至最小值的時刻，及由下降再次上升恢復至氮氧化物濃度設定值cset的時刻之間的時間間隔；t為原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的寬度。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述調節脫硫脫硝裝置內臭氧發生機的臭氧輸出量之前，還包括按照下述步驟確定在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，具體為：依據預設非參數統計模型，計算預設煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α2；其中，所述非參數統計模型為不同煉焦工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的損失幅度與臭氧濃度的關系模型；依據氮氧化物濃度擾動模型的預設第一時域響應函數和損失幅度α2，構建第一參數辨識方程；優化所述第一參數辨識方程，得到所述氮氧化物濃度擾動模型的模型參數wout；所述氮氧化物濃度擾動模型為所述s為復變量。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第一參數辨識方程如下式所示：其中，為預設第一時域響應函數，所述hout為脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的幅值；所述t總out為焦爐換向過程中煙道氣的波動時間；所述σout為預設的響應裕度；所述tout為焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度下降至最低值的時間。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述氮氧化物濃度的損失幅度α2如下式所示：α2＝d-d′所述d＝{d1(θ，ε)，d2(θ，ε)...di(θ，ε)...dn(θ，ε)}，di(θ,ε)為第i個預設煉焦工況下脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度穩定值，i＝1,2,...,n，n為預設煉焦工況的總數；所述θ＝θ(cp,v,o3,l)為預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的穩定工作點，所述cp為預設煉焦工況p下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，所述v為脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的流速，所述o3為單位時間內臭氧輸入總量，l為尿素循環量；所述ε為預設影響因子。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述調節脫硫脫硝裝置內臭氧發生機的臭氧輸出量之前，還包括按照下述步驟確定在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，具體為：獲取不同煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度的損失幅度，依據所述各損失幅度并采用多項式擬合方法，構建損失函數；依據所述損失函數，計算預設煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α1；依據氮氧化物濃度擾動模型的預設第二時域響應函數和損失幅度α1，構建第二參數辨識方程；優化所述第二參數辨識方程，得到所述氮氧化物濃度擾動模型的模型參數win；所述氮氧化物濃度擾動模型為所述s為復變量。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第二參數辨識方程如下式所示：其中，為預設第二時域響應函數，所述hin為原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的幅值；所述t總in為焦爐換向過程中煙道氣的波動時間；所述σin為預設的響應裕度；所述tin為焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度下降至最低值的時間。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述氮氧化物濃度的損失幅度α1如下式所示：所述c＝{c1,c2...ci...cn}，ci為第i個預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，i＝1,2,...,n，n為預設煉焦工況的總數；所述c'＝{c′1,c′2...c′i...c′n}，c′i為第i個預設煉焦工況下原始煙道氣在焦爐換向過程中氮氧化物濃度平均最低值。第二方面，本發明中一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制裝置的技術方案是：所述系統包括：第一控制模塊，配置為在c'≥cset時依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，確定第一前饋調節策略并依據所述第一前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量；第二控制模塊，配置為在c'＜cset時依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型和在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，確定第二前饋調節策略并依據所述第二前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量；其中，所述c'為原始煙道氣在焦爐換向過程中氮氧化物濃度平均最低值，所述cset為脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度設定值，所述原始煙道氣為經焦爐排出的且未進入脫硫脫硝裝置的煙道氣。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第一前饋調節策略和第二前饋調節策略均包括如下式所示的前饋控制傳遞函數：其中，所述gpc為預設煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數，所述gout為預設煉焦工況下脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型。進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述第二控制模塊包括：第一控制子單元，配置為在焦爐換向過程的δt1時段內依據前饋控制傳遞函數調節臭氧發生機的臭氧輸出量；第二控制子單元，配置為在焦爐換向過程的δt2時段內關閉臭氧發生機或控制臭氧發生機按照小于預設功率閾值的第一功率運行；第三控制子單元，配置為在焦爐換向過程的δt2時段后控制臭氧發生機按照預設穩態功率運行；其中，所述δt1為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時開始下降的時刻之間的時間間隔；所述δt2為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及由下降再次上升恢復至氮氧化物濃度設定值cset的時刻之間的時間間隔。與現有技術相比，上述技術方案至少具有以下有益效果：1、本發明提供的一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法，可以根據不同的氮氧化物濃度采取不同的前饋控制策略，調節臭氧發生機的臭氧輸出量，極大地降低了臭氧發生機的運行成本。2、本發明提供的一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制裝置，其第一控制模塊和第二控制模塊可以根據不同的氮氧化物濃度分別采取不同的前饋控制策略，調節臭氧發生機的臭氧輸出量，極大地降低了臭氧發生機的運行成本。附圖說明圖1是脫硫脫硝一體化裝置結構示意圖；圖2是焦爐換向期間氣流變化狀態示意圖；圖3是本發明實施例中焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法實施流程圖；圖4是本發明實施例中焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度曲線圖；圖5是本發明實施例中焦爐換向過程中不同氮氧化物濃度設定值下的濃度曲線圖；圖6是本發明實施例中焦爐換向過程中原始氮氧化物濃度的損失幅度擬合曲線圖；圖7是本發明實施例中焦爐換向過程中原始氮氧化物濃度的擬合曲線的建模效果圖；圖8是本發明實施例中焦爐換向時脫硝過程中氮氧化物濃度的濃度損失與臭氧關系示意圖；圖9是本發明實施例中焦爐換向時脫硝過程中氮氧化物濃度的擬合曲線的建模效果圖；圖10是本發明實施例中一種工況下焦爐換向過程中臭氧前饋控制輸出曲線示意圖；圖11是圖10所示工況下單次焦爐換向過程中節省的臭氧輸出量示意圖；圖12是本發明實施例中另一種工況下焦爐換向過程中臭氧前饋控制輸出曲線示意圖；其中，11：余熱鍋爐；12：增壓風機；13：脫硫塔；131：吸收段；132：濃縮段；133：儲液段；134：氧化段；135：氣體管路；136：氨水儲罐；137：硫酸銨循環槽；138：固液分離裝置；139：干燥脫水裝置；14：脫硝塔；141：尿素溶解槽；15：臭氧發生機；16：涼水塔；211：未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度曲線；212：第二工況下煙道氣的氮氧化物濃度曲線；213：第一工況下煙道氣的氮氧化物濃度曲線；311：未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度實測數據；312：未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度擬合曲線；411：第一工況下脫硝過程中氮氧化物濃度損失度曲線；412：第二工況下脫硝過程中氮氧化物濃度損失度曲線；413：第一工況下脫硝過程中氮氧化物濃度損失度曲線；511：脫硝過程中煙道氣氮氧化物濃度實測數據；512：脫硝過程中煙道氣氮氧化物濃度擬合曲線。具體實施方式下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度發生周期性波動，而在脫硫脫硝裝置的脫硝過程中臭氧濃度并不能跟隨氮氧化物濃度的變化進行調整，同時由于脫硫脫硝裝置的入口和出口相距較遠，煙道氣的氮氧化物濃度檢測過程存在較大的之后，也不利于臭氧濃度的調節。基于此，本發明提供了一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法，采用前饋調節策略對臭氧濃度進行動態調節，消除擾動影響。下面結合附圖對本發明實施例中焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法進行說明。本實施例中焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法可以依據原始煙道氣在焦爐換向過程中氮氧化物濃度平均最低值c'和脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度設定值cset，調節脫硫脫硝裝置內臭氧發生機的臭氧輸出量。其中，原始煙道氣為經焦爐排出的且未進入脫硫脫硝裝置的煙道氣。圖3示例性示出了本實施例中焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法實施流程，如圖所示，本實施例中可以按照下述步驟進行調節臭氧發生機的臭氧輸出量：步驟s101：若c'≥cset，則依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，確定第一前饋調節策略并依據第一前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量。本實施例中第一前饋調節策略包括如下式(1)所示的前饋控制傳遞函數，具體為：公式(1)中各參數含義為：gpc為預設煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數，gout為預設煉焦工況下脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型。本實施例中可以依據預設煉焦工況下臭氧發生機的輸出量與脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度，分析得到預設煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數。本實施例中可以按照下述步驟確定預設煉焦工況下脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，具體為：1、依據預設非參數統計模型，計算預設煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α2；其中，非參數統計模型為不同煉焦工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的損失幅度與臭氧濃度的關系模型。圖8示例性示出了本實施例中三種煉焦工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的損失幅度與臭氧濃度的關系模型，如圖所示，曲線411為第一工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的濃度損失度曲線，曲線412為第二工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的濃度損失度曲線，曲線413為第一工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的濃度損失度曲線。2、依據氮氧化物濃度擾動模型的預設第一時域響應函數和損失幅度α2，構建第一參數辨識方程。其中，預設第一時域響應函數如下式(2)所示：公式(2)中各參數含義為：hout為脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的幅值，tout為焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度下降至最低值的時間，wout為氮氧化物濃度擾動模型的模型參數。損失幅度α2如下式(3)所示：α2＝d-d(3)公式(3)中各參數含義為：所述d＝{d1(θ，ε)，d2(θ，ε)...di(θ，ε)...dn(θ，ε)}，di(θ,ε)為第i個預設煉焦工況下脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度穩定值，i＝1,2,...,n，n為預設煉焦工況的總數。θ＝θ(cp,v,o3,l)為預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的穩定工作點，cp為預設煉焦工況p下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，v為脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的流速，o3為單位時間內臭氧輸入總量，l為尿素循環量；ε為預設影響因子。其中，臭氧輸入總量o3為臭氧發生機的臭氧濃度與脫硫脫硝裝置內臭氧流量的乘積，脫硫脫硝裝置內臭氧流量包括脫硫塔和脫硝塔兩部分的臭氧流量。預設影響因子ε可以包括尿素溶液濃度、氮氧化物濃度采集設備的誤差、環境影響因素等不可測、不可控的因素。第一參數辨識方程如下式(4)所示：公式(4)中各參數含義為：t總out為焦爐換向過程中煙道氣的波動時間，σout為預設的響應裕度。3、優化第一參數辨識方程，得到氮氧化物濃度擾動模型的模型參數wout。本實施例中利用信任域迭代優化算法分別獲取不同響應裕度σout下第一參數辨識方程解，并依據所獲取的多個第一參數辨識方程解確定最優解，該最優解對應的氮氧化物濃度擾動模型與氮氧化物濃度實測曲線的擬合程度最高，因此可以依據該最優對應的模型參數wout構建氮氧化物濃度擾動模型，具體地可以如下式(5)所示：公式(5)中參數s的含義為復變量。圖9示例性示出了本實施例中脫硝過程中氮氧化物濃度擾動模型的建模效果圖，如圖所示，曲線511為脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度實測數據曲線，曲線512為脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度擬合曲線，經計算可得實測曲線與擬合曲線的均方根誤差為20.1178，平均相對誤差為4.52％。步驟s102：若c'＜cset，則依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型和在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，確定第二前饋調節策略并依據第二前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量。本實施例中第二前饋調節策略包括如公式(1)所示的前饋控制傳遞函數，具體地，第二前饋調節策略還可以包括下述調節方式：1、在焦爐換向過程的δt1時段內依據前饋控制傳遞函數調節臭氧發生機的臭氧輸出量。其中，δt1為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及脫硝過程中煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時開始下降的時刻之間的時間間隔。2、在焦爐換向過程的δt2時段內關閉臭氧發生機或控制臭氧發生機按照小于預設功率閾值的第一功率運行。其中，δt2為原始煙道氣的氮氧化物濃度在焦爐換向時下降至氮氧化物濃度設定值cset的時刻，及由下降再次上升恢復至氮氧化物濃度設定值cset的時刻之間的時間間隔。3、在焦爐換向過程的δt2時段以后控制臭氧發生機按照預設穩態功率運行。圖5示例性示出了本實施例中煉焦換向過程中不同氮氧化物濃度設定值下的濃度曲線，如圖所示，曲線211為未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度曲線；212為第二工況下煙道氣的氮氧化物濃度曲線，即c'≥cset時煙道氣的氮氧化物濃度曲線；曲線213為第一工況下煙道氣的氮氧化物濃度曲線，即c'＜cset時煙道氣的氮氧化物濃度曲線。δt1時段為曲線212開始下降時刻，及曲線211下降至cset時之間的時間間隔；δt2時段為曲線211下降至cset的時刻，及曲線211由下降再次恢復至cset的時之間的時間間隔。本實施例中可以按照上述確定預設煉焦工況下脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型的方法確定，c'＜cset時在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，為了描述方便和簡潔，在此不再贅述。進一步地，本實施例中可以按照下述步驟確定在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，具體為：1、獲取不同煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度的損失幅度，依據各損失幅度并采用多項式擬合方法，構建損失函數。圖6示例性示出了本實施例中煉焦換向期間原始煙道氣的氮氧化物濃度損失幅度擬合曲線，即損失函數。2、依據損失函數，計算預設煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α1。圖4示例性示出了本實施例中焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度曲線，如圖所示，α1為焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度。3、依據氮氧化物濃度擾動模型的預設第二時域響應函數和損失幅度α1，構建第二參數辨識方程。其中，預設第二時域響應函數如下式(6)所示：公式(6)中各參數含義為：hin為原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的幅值，tin為焦爐換向過程中煙道氣的氮氧化物濃度下降至最低值的時間，win為氮氧化物濃度擾動模型的模型參數。損失幅度α1如下式(7)所示：α1＝c-c′(7)公式(7)中各參數含義為：c＝{c1,c2...ci...cn}，ci為第i個預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，i＝1,2,...,n，n為預設煉焦工況的總數；c'＝{c′1,c′2...c′i...c′n}，c′i為第i個預設煉焦工況下原始煙道氣在焦爐換向過程中氮氧化物濃度平均最低值。第二參數辨識方程如下式(8)所示：公式(8)中各參數含義為：t總in為焦爐換向過程中煙道氣的波動時間，σin為預設的響應裕度。4、優化第二參數辨識方程，得到氮氧化物濃度擾動模型的模型參數win。本實施例中利用信任域迭代優化算法分別獲取不同響應裕度σin下第二參數辨識方程解，并依據所獲取的多個第二參數辨識方程解確定最優解，該最優解對應的氮氧化物濃度擾動模型與氮氧化物濃度實測曲線的擬合程度最高，因此可以依據該最優對應的模型參數σin構建氮氧化物濃度擾動模型，具體地可以如下式(9)所示：公式(9)中參數s的含義為復變量。圖7示例性示出了本實施例中原始煙道氣氮氧化物濃度擾動模型的建模效果圖，如圖所示，曲線311為未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度實測數據曲線，曲線312為未經脫硫脫硝的原始煙道氣的氮氧化物濃度擬合曲線，經計算可得實測曲線與擬合曲線的均方根誤差為13.6039，平均相對誤差為3.20％。進一步地，本實施例中可以按照下式(10)計算焦爐換向過程的δt1時段和δt2時段，具體為：公式(10)中各參數含義為：ci為第i個預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度，i＝1,2,.n.，.,n為預設煉焦工況的總數；為在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的預設第二時域響應函數，t為時間變量，t為原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的寬度。上述實施例中雖然將各個步驟按照上述先后次序的方式進行了描述，但是本領域技術人員可以理解，為了實現本實施例的效果，不同的步驟之間不必按照這樣的次序執行，其可以同時(并行)執行或以顛倒的次序執行，這些簡單的變化都在本發明的保護范圍之內。進一步地，本發明實施例的一個焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制方法的優選技術方案中，焦爐換向間隔為30min，焦爐換向過程中原始煙道氣的氮氧化物濃度下降至最低值均為40s，焦爐換向過程中氮氧化物濃度的波動時間為800s。具體地，本實施例中可以按照下述步驟構建在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型：通過上述焦爐換向參數可以確定：原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的脈沖周期為1800s、寬度為40s，焦爐換向過程中煙道氣的波動時間t總in為800s。由圖6可以得到在焦爐換向過程中原始煙道氣的實測數據如表1所示：表1數據序號橫坐標縱坐標數據序號橫坐標縱坐標140021914500285240222115597356345722916619355445023917612369544723518600351646023719585348747826120573338847526521579350947325822115958110481266231133570115122892411545511250329025116257613500279261083528采用多項式擬合法可以得到系數矩陣如下式(11)所示：p＝[-4.6×10-41.193-197.888](11)通過公式(11)可以得到二次回歸損失函數為：f1(c)＝p1×c2+p2×c+p3(12)本實施例中設定當前煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度c＝475mg/m3，進而依據公式(12)可以得到當前煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α1＝265。依據公式(8)和損失幅度α1＝265構建第二參數辨識方程，并設定響應裕度σin∈(0,10],σin∈r+。本實施例中以σin＝0.5為步長，并利用信任域迭代優化算法計算分別獲取不同響應裕度σin下第二參數辨識方程解，并依據所獲取的多個第二參數辨識方程解確定最優解，經計算可得當σin＝5時第二參數辨識方程解為最優解，相應地，可以得到hin＝-1330，win＝180。最后，依據上述數據可以得到在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型氮氧化物濃度擾動模型為具體地，本實施例中可以按照下述步驟構建在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型：通過上述焦爐換向參數可以確定：脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型的脈沖函數的脈沖周期為1800s、寬度為40s，焦爐換向過程中煙道氣的波動時間t總out為800s。本實施例中經測量可以得到如圖8所示的三種不同煉焦工況下脫硝過程中氮氧化物濃度的損失幅度與臭氧濃度的非參數統計模型。設定當前煉焦工況下脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度c＝475mg/m3，當前煉焦工況下焦爐換向過程中氮氧化物濃度的損失幅度α2。本實施例中設定單位時間內臭氧輸入總量o3＝50kg·h-1，尿素循環量l＝150m3·h-1，脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的流速v＝10.8～11.3m·s-1，進而依據公式(4)可以構建第一參數辨識方程，并設定響應裕度σout∈(0,10],σout∈r+。本實施例中以σout＝0.5為步長，并利用信任域迭代優化算法計算分別獲取不同響應裕度σout下第一參數辨識方程解，并依據所獲取的多個第一參數辨識方程解確定最優解，經計算可得當σout＝5時第一參數辨識方程解為最優解，相應地，可以得到hout＝-530.331，wout＝127.299。最后，依據上述數據可以得到在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型為具體地，本實施例中依據當前煉焦工況下臭氧發生機的臭氧輸出量與脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度，分析得到當前煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數為進而依據上述數據可以確定在c'≥cset時的第一前饋調節策略的前饋控制傳遞函數如下式(13)所示：依據公式(13)所示的前饋控制傳遞函數構建前饋控制器，并利用該前饋控制器對臭氧發生機的臭氧輸出量進行調節。圖10示例性示出了本實施例中煉焦換向期間臭氧前饋控制輸出曲線，圖11示例性示出了單次煉焦換向期間節省的臭氧輸出量。常規控制策略中臭氧輸出量保持最高值，因此圖11中所示陰影部分的面積即為單次換向過程節省的臭氧量。本實施例中臭氧發生機采用國林公司變頻控制的空氣源cf-g-2-50型機組，其運行參數如下表2所示：表2單日節省的成本如下式(14)所示：s＝q×p×w電×k(14)公式(14)中各參數含義為：w電為工業電價；p為臭氧發生機的功率；k為單日內焦爐的換向次數；q為節省的臭氧量。本實施例中設定w電＝0.8元/kwh；焦爐換間隔為30min，則k＝48；通過數值積分法計算圖11中陰影部分的面積，得到q＝0.930，1進而依據公式(14)可以得到單日節省的成本s＝607.17元。具體地，本實施例中依據當前煉焦工況下臭氧發生機的臭氧輸出量與脫硫脫硝裝置排出煙道氣的氮氧化物濃度，分析得到當前煉焦工況下臭氧發生機的控制通道傳遞函數為進而依據上述數據可以確定在c'＜cset時的第二前饋調節策略的前饋控制傳遞函數如下式(15)所示：依據公式(10)可以計算得到δt1＝25.4s、δt2＝129.3s、δt3＝114.7s。進而可以得到第二前饋調節策略為：在焦爐換向過程的25.4s時段內依據前饋控制傳遞函數調節臭氧發生機的臭氧輸出量，在129.3s時段內關閉臭氧發生機或控制臭氧發生機按照小于預設功率閾值的第一功率運行，在129.3s時段后控制臭氧發生機按照預設穩態功率運行。圖12示例性示出了本實施例中煉焦換向期間臭氧前饋控制輸出曲線，采用上述實施例中單日節省的成本的計算方法，可以得到本實施例中單日節省的成本為996.89元。基于與方法實施例相同的技術構思，本發明實施例還提供一種焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制系統。本實施例中焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制系統可以包括第一控制模塊和第二控制模塊。其中，第一控制模塊可以配置為在c'≥cset時依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型，確定第一前饋調節策略并依據第一前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量。第二控制模塊可以配置為在c'＜cset時依據在預設煉焦工況下脫硫脫硝裝置的脫硝過程中的氮氧化物濃度擾動模型和在脫硫脫硝裝置入口處原始煙道氣的氮氧化物濃度擾動模型，確定第二前饋調節策略并依據第二前饋調節策略調節臭氧發生機的臭氧輸出量。進一步地，本實施例中第一前饋調節策略和第二前饋調節策略均包括如公式(1)所示的前饋控制傳遞函數。進一步地，本實施例中第二控制模塊可以包括第一控制子單元、第二控制子單元和第三控制子單元。其中，第一控制子單元可以配置為在焦爐換向過程的δt1時段內依據前饋控制傳遞函數調節臭氧發生機的臭氧輸出量。第二控制子單元可以配置為在焦爐換向過程的δt2時段內關閉臭氧發生機或控制臭氧發生機按照小于預設功率閾值的第一功率運行。第三控制子單元可以配置為在焦爐換向過程的δt2時段后控制臭氧發生機按照預設穩態功率運行。上述節能控制系統實施例可以用于執行上述節能控制方法實施例，其技術原理、所解決的技術問題及產生的技術效果相似，所屬
技術領域：
的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的節能控制系統的具體工作過程及有關說明，可以參考前述節能控制方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。本領域技術人員可以理解，上述焦爐煙道氣強制氧化脫硝過程的節能控制系統還包括一些其他公知結構，例如檢測元件、變送器、執行器、控制器、plc和dcs等工業自動化裝置。本領域技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中。可以把實施例中的模塊或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發明的范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在本申請的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。本發明的各個部件實施例可以以硬件實現，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現，或者以它們的組合實現。本領域的技術人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數字信號處理器(dsp)來實現根據本發明實施例的服務器、客戶端中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發明還可以實現為用于執行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，pc程序和pc程序產品)。這樣的實現本發明的程序可以存儲在pc可讀介質上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網網站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。應該注意的是上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的pc來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。當前第1頁12