脫硝SCR儀表及控制方案分析

南京龍源環保有限公司 周 宇

脫硝SCR儀表及控制方案分析

南京龍源環保有限公司 周 宇

當前，我國火力發電廠煙氣脫硝主要采用選擇性催化還原法脫硝技術（即SCR），通過對煙氣進行脫硝處理，減少煙氣中的NOx，保護大氣環境。在整個控制系統中，脫硝SCR儀表發揮著不可替代的重要作用，所以應加大對脫硝SCR儀表的分析研究，積極優化脫硝SCR控制方案，不斷提高脫硝SCR控制水平。本文分析了脫硝SCR儀表選型，闡述了脫硝SCR控制系統。

脫硝SCR儀表；控制方案

近年來，我國可持續發展理念持續深入，繼硫氧化物、粉塵以后氮氧化物成為火電廠煙氣治理的重要內容，脫硝SCR具有脫硝效率高、技術成熟等特點，受到廣大火電廠的青睞。為了進一步提高脫硝SCR控制系統的使用性能，應注意脫硝SCR控制中的各項問題，選擇合適的脫硝SCR儀表，采用高效的控制方案，確保脫硝SCR控制的穩定性。

一、脫硝SCR儀表選型

結合脫硝SCR工藝檢測工況，脫硝SCR儀表應符合相關導則和標準，根據現場工況選擇防爆和非防爆產品，防爆產品需通過中國相關產品的防火防爆認證，加強和供貨商的交流溝通，做好充分調研，選擇優質的脫硝SCR儀表產品。煙氣脫硝SCR中，液位、流量和壓力測量選擇智能液位/差壓/壓力變送器，這些設備包含Profibus PA或Hart等接口，如3051系列、SITRANS等。氣動調節閥控制選擇ABB、西門子、FISHER、Azbil等智能閥門定位器，超聲波液位計選擇有防爆認證的、有Profibus PA或Hart接口的兩線制產品。氨流量計選擇有防爆認證的、有Profibus PA或Hart接口的產品。氣動開關閥門選擇包含配套選擇有防爆認證的電磁閥等。熱電阻、熱電偶根據需要選擇防爆及非防爆產品。此外還需要配置氨泄露報警儀（防爆）。

二、脫硝SCR控制系統

脫硝SCR控制系統包含還原劑、除灰、吹灰系統、SCR反應器區等控制，分為火災報警系統、電視監控系統、聯鎖保護、順序控制系統、模擬量控制系統、數據采集系統等。當前，火力發電廠脫硝SCR裝置主要設置在空氣預熱器和鍋爐省煤器之間，該位置為高灰段，制備區布置和還原劑存儲比較獨立，對于脫硝SCR控制系統，應合理劃分控制功能，布置不同區域儀表。SCR區的所有儀表及設備控制和反饋信號進入主機SCR DCS，SCR DCS安裝在主機電子設備間，SCR DCS集中安裝利于維護和管理。制備區和還原劑存儲區設置遠程SCR DCS站，最終接入主機DCS。脫硝SCR系統由SCR DCS系統進行控制，SCR控制系統作為機組DCS系統的一部分，運行人員直接通過集控室中的DCS操作員站對脫硝SCR系統操作。

結合SCR反應器出口氨逃逸量、進出口NOx濃度、鍋爐煙氣溫度、煙氣流量等參數，脫硝SCR噴氨量控制系統對噴氨量進行自動調節。脫硝SCR噴氨量控制原理圖，如圖1所示。

圖1 脫硝SCR噴氨量控制原理圖

1.煙氣流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統主要是根據煙氣流量有效控制噴氨量，所以煙氣流量測量的穩定性和準確性對于噴氨量控制效果有著直接影響。當前，煙氣流量測量主要根據噴氨格柵阻力、DCS的鍋爐總風量、主蒸汽流量信號或者熱量需求信號、DCS的燃料量、DCS的鍋爐負荷等，計算煙氣流量，或者設置煙氣流量測量設備、機翼型噴氨格柵，對煙氣流量進行測量。

2.氨流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統在實際應用中，其對于氨流量測量的要求非常高，經過溫度和壓力修正，科學計算氨流量。當前，很多火電廠的脫硝SCR噴氨量控制系統引入質量流量計，在計算DCS時，不用進行密度修正。

3.O2和NOx測量

O2測量可采用電化學分析法、氧化鋯法、順磁法，其中電化學分析法和順磁法應用比較廣泛。在測量NOx時，運用紅外吸收儀表，采用非分散紅外測量法，對煙氣進行直接抽取測NOx，這種方法需要提前設置預處理系統，通過提高伴熱溫度，縮短伴熱管線長度，設置專用伴熱管線橋架等措施，提高控制測量準確性。O2和NOx信號首先進入脫硝CEMS系統中，然后從脫硝CEMS系統通過硬接線方式將O2和NOx信號輸送到SCR-DCS中，實現有效控制和準確計算，并且連接環保系統和數據接口。

4.控制方案

以出口NOx濃度為主調節器設定值，以出口NOx濃度測量值為被調量，經過PID運算，得出噴氨量，副調節器設定值為噴氨量，氨流量測量值和噴氨量的差值經過PID運算以后，獲取相關指令用于調節噴氨調節閥。考慮到催化劑、反應器、脫硝煙氣連續監測系統存在明顯滯后，所以在噴氨量串級控制系統設計前饋回路，根據進出口NOx濃度和煙氣流量，計算噴氨量和NOx脫除量，對機組負荷變化進行快速響應。

5.PID參數優化

脫硝SCR噴氨量控制系統的副調節器積分時間應控制約200s，主調節器積分時間控制在300s左右，并且在現場優化或者整定氨區蒸發器PID參數。

6.定值優化

脫硝SCR噴氨量控制系統投運以后，結合火電廠實際運營要求和脫硝SCR系統運行情況，準確核定和優化廢水池液位、除灰控制時序、吹灰控制時序、報警限值、控制系統設定值等控制參數。

7.SCR出口NOx控制優化

若機組負荷變化比較大，回路參數沒有經過整定、回路參數設計不合理、前饋控制回路設置不科學以及沒有考慮噴氨量受煙氣流量變化的影響等，這些都會造成控制系統跟蹤性能較差或者SCR出口NOx濃度波動較大。控制系統對機組負荷變化保持良好的跟蹤性能，這需要設計噴氨量和理論計算噴氨量保持一致，所以應優化控制系統跟蹤參數，實現最小化的主調節器輸出，當達到主調節器最小化輸出時，SCR出口NOx濃度不需要經過PID運算跟蹤機組負荷，這時前饋回路噴氨量達到脫硝SCR噴氨量控制系統運行要求，因此這是最有效和簡單的優化方案。

8.系統優化

脫硝SCR噴氨量控制系統優化主要是采用先進的氨逃逸率控制技術，在相同控制條件和同等設備基礎上，通過優化控制系統，優化噴氨時機，尤其是對于機組負荷變化高噴氨量控制響應速度，防止沒有及時跟蹤噴氨量，造成氨逃逸率超標。

三、結束語

近年來，我國經濟快速發展，而環境污染問題也越來越突出，為了滿足可持續發展要求，火電廠必須積極轉型升級，改進和優化脫硝SCR儀表和控制方案，對煙氣中NOx和氨氣比例進行有效控制，提高控制系統不同環節的控制精度。

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周宇（1982—），男，江蘇徐州人，大學本科，中級工程師，研究方向：儀表自動化設計。