燃煤機(jī)組脫硝自動調(diào)節(jié)控制分析

摘 要： 在SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，氨氣的噴入量應(yīng)根據(jù)SCR反應(yīng)器出口NOx濃度及保證的脫硝效率通過噴氨調(diào)節(jié)門進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴氨量少會使脫硝效率過低，過大容易導(dǎo)致氨逃逸率上升生成硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞，影響催化劑壽命，且經(jīng)濟(jì)性降低較多。本文簡述在保證脫硝效率，滿足出口NOx濃度超低排放要求的基礎(chǔ)上，降低噴氨量并減小氨逃逸的措施。

關(guān)鍵詞：超低排放；SCR；脫硝效率；氨逃逸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.050

1 引言

河北衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司#1-4機(jī)組于2013年進(jìn)行了低氮燃燒器+SCR技術(shù)脫硝項(xiàng)目改造，2015年對鍋爐原配套SCR脫硝裝置除保留原有兩層催化劑的基礎(chǔ)上，又增加了第三層催化劑。脫硝工藝采用選擇性催化還原法，從鍋爐省煤器來的煙氣，經(jīng)SCR中的多層催化劑將煙氣中的部分NOx催化還原為N2和H2O。

2 SCR脫硝控制系統(tǒng)概述

2.1 氨區(qū)氨氣出口壓力控制

氨系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過蒸發(fā)器氨液入口調(diào)節(jié)閥控制氨氣出口壓力，為單回路控制。考慮實(shí)際變負(fù)荷時氨氣流量變化較大，為了維持壓力穩(wěn)定，在控制回路中加入了主蒸汽流量指令信號的前饋?zhàn)饔茫詫?shí)現(xiàn)優(yōu)先調(diào)節(jié)壓力，完善其后的氨流量控制。

2.2 氨氣流量和出口NOx濃度控制

SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)利用NH3/NOx摩爾比提供所需要的氨氣流量，使用煙氣進(jìn)口NOx濃度和煙氣流量（用主蒸汽流量信號計算）的乘積得到。基本的NOx含量，再乘以NH3/NOx摩爾比便可得到氨氣理論量，出口NOx濃度控制對NH3/NOx摩爾比加以修正（對氨氣需求量的修正）并參與控制，最終得到氨氣流量的目標(biāo)設(shè)定值。SCR控制系統(tǒng)根據(jù)計算得出的氨氣需求量信號通過控制氨氣閥開度，實(shí)現(xiàn)脫硝自動控制。

3 SCR系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

脫硝噴氨自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)自投產(chǎn)以來時常出現(xiàn)跟蹤慢、過調(diào)的現(xiàn)象，造成NOx超標(biāo)、氨逃逸升高等問題，影響了機(jī)組的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

3.1 噴氨自動調(diào)節(jié)效果差

因噴氨自動調(diào)節(jié)的噴氨理論值計算根據(jù)反應(yīng)器入口的工況，存在一定的不及時性、調(diào)門特性存在一定的死區(qū)、SCR脫硝反應(yīng)過程所需一定的時間等原因造成的延時滯后。在實(shí)際應(yīng)用中采用這種控制策略容易造成超調(diào)過調(diào)、系統(tǒng)震蕩，造成環(huán)保數(shù)據(jù)超標(biāo)或氨逃逸過量。

3.2 鍋爐SCR出口NOx與脫硫進(jìn)口NOx存在偏差 。

脫硝裝置在設(shè)計階段雖然安裝了導(dǎo)流板，進(jìn)行煙氣流場優(yōu)化，但由于調(diào)試階段對噴氨格柵調(diào)整不均勻。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中脫硫進(jìn)口NOx值與SCR出口NOx值存在偏差。出口濃度分布均勻性差，除了煙氣流場不穩(wěn)定外，噴氨的不均勻性是主要原因。

4 SCR系統(tǒng)噴氨自調(diào)效果差原因

4.1 SCR噴氨量控制系統(tǒng)屬于大遲延系統(tǒng)

在保證探頭、氣纜、分析儀表等測量環(huán)節(jié)均運(yùn)行正常情況下，對于A、B側(cè)出入口NOx，在就地探頭處將至CEMS小間的取樣氣纜管拔掉，對于A、B側(cè)的出口NOx，純遲延時間約180秒左右；對于A、B側(cè)的入口NOx，純遲延時間約190秒左右。

4.2 SCR噴氨量控制系統(tǒng)具有非線性

由于受脫硝反應(yīng)器催化劑特性的復(fù)雜影響，即使在鍋爐負(fù)荷已確定的條件下，出口NOx濃度也會有較大波動。噴氨量控制系統(tǒng)屬于非線性的控制系統(tǒng)。

4.3 SCR入口NOx波動大

對于投入ADS機(jī)組而言，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時，由于燃料量與風(fēng)量變化不協(xié)調(diào)，由過量空氣系數(shù)減小抑制了燃料型NOx生成。但是，隨著鍋爐燃煤量的增加，爐膛溫度升高增加了熱力型入口NOx的生成。因此，入口NOx濃度變化與機(jī)組負(fù)荷變化密切相關(guān)，且負(fù)荷變化越快，入口NOx濃度變化也越劇烈。

4.4 啟停制粉系統(tǒng)對入口NOx影響

在啟動制粉系統(tǒng)時會造成反應(yīng)區(qū)入口煙氣溫度偏高，溫度升高使得NH3和O2的反應(yīng)加劇，會導(dǎo)致煙氣中NOx增加；低負(fù)荷或停運(yùn)一套風(fēng)機(jī)時會造成入口煙氣溫度偏低，所以啟停制粉系統(tǒng)會對入口NOx濃度造成一定波動。

4.5 CEMS儀表標(biāo)定影響

CEMS儀表標(biāo)定時間長達(dá)10分鐘，標(biāo)定期間SCR入口NOx參數(shù)每分鐘波動200-300 mg/m3 。

5 SCR系統(tǒng)自調(diào)控制改進(jìn)

將參與控制的控制量如出口氮氧化物設(shè)定值、噴氨量、調(diào)門開度反饋、脫硝進(jìn)出口氮氧化物濃度、機(jī)組負(fù)荷、總風(fēng)量等實(shí)時運(yùn)行參數(shù)通過DCS系統(tǒng)對噴氨調(diào)閥進(jìn)行控制。單從供氨調(diào)閥的自動回路優(yōu)化效果不佳。考慮從協(xié)調(diào)控制入手，降低脫硝反應(yīng)器入口NOx含量的突變。為減少AGC方式下，小負(fù)荷段工況下燃料量頻繁加減造成入口NOx的波動，負(fù)荷變動在20MW以內(nèi)協(xié)調(diào)控制回路中取消負(fù)荷變化前饋參數(shù)。

5.1 煙氣流量修正

目前用單側(cè)引風(fēng)機(jī)電流與左、右兩側(cè)引風(fēng)機(jī)電流和之比與主蒸汽流量生成的函數(shù)得出，此函數(shù)由不同負(fù)荷時氨氣流量、出口和入口NOx計算得出。

5.2 出口、入口NOx標(biāo)定情況處理

現(xiàn)場最初設(shè)計出口、入口NOx自動標(biāo)定間隔為2個小時，將出口、入口NOx吹掃間隔修改為4小時。由于每次吹掃時數(shù)據(jù)保持10分鐘不變，須采取合適的策略來保證吹掃時出口NOx控制的及時性，在出口NOx標(biāo)定吹掃時主調(diào)輸出跟蹤脫硫側(cè)NOx調(diào)節(jié)。在入口NOx標(biāo)定吹掃時采用對側(cè)數(shù)值調(diào)節(jié)。之前我們已將SCR出口NOx與脫硫靜煙NOx標(biāo)定和SCR入口左、右兩側(cè)NOx標(biāo)定時間錯開。

5.3 噴氨流量的準(zhǔn)確性

（1）在實(shí)際氨流量頻繁堵塞無法測量時，使用氨調(diào)門開度和氨母管壓力建立模擬噴氨流量控制邏輯。（2）為盡量減少流量計的堵塞可能性，在流量計前加濾網(wǎng)，并定期清理；（3）增加調(diào)門及流量計旁路，定期校驗(yàn)流量計；（4）冬季時氨氣管路增加一段至鍋爐外部煙道加熱，其中氨氣管道安裝旁路閥門，保證氨氣出口溫度可調(diào)，對后部閥門、流量計運(yùn)行無影響。

5.4 主回路被調(diào)量的修正

判斷出口NOx實(shí)測值與出口NOx設(shè)定值的偏差的變化方向及變化速度，當(dāng)偏差較大超過某一值且偏差變化速度較快時，主調(diào)變積分時間和比例系數(shù)運(yùn)行。

5.5 影響入口NOx前饋信號

為了達(dá)到更好的控制效果，需要選取前饋量提前反應(yīng)入口NOx濃度的變化。所以，入口NOx濃度的預(yù)測值整定至關(guān)重要。

（1）啟停制粉系統(tǒng)時對入口NOx影響值的預(yù)測。在啟停制粉系統(tǒng)時，入口NOx波動較大。選取四臺排粉機(jī)的運(yùn)行信號，把排粉機(jī)電流變化轉(zhuǎn)化為氨流量理論值提前增加或減少一定的數(shù)值來預(yù)測入口NOx的變化。

（1）氧量前饋對入口NOx值的預(yù)測。當(dāng)判斷氧量變化率較大時，提前噴氨或者減氨。由于氧量的超前（近2分鐘時間），可以提前克服入口NOx大副度變化時引起的出口NOx超標(biāo)。

6 應(yīng)用效果

從上圖可知，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷從210MW（16：30）升至251MW（16：36）時，入口NOx從741mg/m3升至892 mg/m3，出口NOx一直在設(shè)定值96 mg/m3附近波動，最高至145 mg/m3，可見在機(jī)組升負(fù)荷工況下出口NOx控制穩(wěn)定。

7 結(jié)束語

SCR脫硝噴氨系統(tǒng)控制策略充分考慮機(jī)組負(fù)荷變化、磨啟停、儀表標(biāo)定等外部影響因素。實(shí)際運(yùn)行參數(shù)說明，在系統(tǒng)儀表校驗(yàn)標(biāo)定、快速變負(fù)荷、啟停制粉系統(tǒng)等工況下，出口NOx濃度均可得到很好的控制。降低了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，解決了噴氨自動常規(guī)PID控制超調(diào)量大、系統(tǒng)震蕩的難題。也解決了脫硝系統(tǒng)過量噴氨的問題，每天可節(jié)約液氨1噸左右，同時減輕了空預(yù)器堵塞情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛.600MW機(jī)組煙氣脫硝工程方案選擇及設(shè)計優(yōu)化[D].華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[2]趙乾.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)模擬優(yōu)化及噴氨量最優(yōu)控制[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012

作者簡介：許紅彬，男，河北衡水人，本科，工程師，主要從事發(fā)電廠熱控檢修技術(shù)管理工作。