脫硝噴氨自動控制系統現狀及優化

羅相全

浙江大唐天地環保科技有限公司

脫硝噴氨自動控制系統現狀及優化

羅相全

浙江大唐天地環保科技有限公司

目前國內大型火電機組的SCR脫硝控制系統由于控制策略設計不完善、控制目標不夠明確、現場測量條件限制等問題，系統的自動投入率和投入效果較差，使得整個脫硝系統的運行性能受到明顯影響。鑒于此，本文就脫硝噴氨自動控制系統現狀及優化展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

控制策略；控制品質；預測控制

1 目前脫硝噴氨自動控制系統現狀及分析

1.1 控制目標不與考核目標對應

環保部門最終對電廠進行考核核算的指標是煙囪入口處的NOx濃度測量值(由CEMS表計測得)。而目前自動調節控制目標是SCR出口的NOx，由于SCR出口NOx濃度與煙囪入口NOx濃度不論在靜態關系還是動態特性上均存在著較大的差別，也使得電廠的最終環保考核結果不佳。

1.2 控制策略設計過于簡單，與脫硝被控對象不相適應

根據試驗情況，脫硝被控對象(NH3流量→煙囪入口NOx濃度)的響應純延遲時間接近3分鐘，整個響應過程達十幾分鐘，是典型的大滯后被控對象，控制系統想要獲得良好的控制品質，必須以基于大滯后被控對象的設計思路進行優化。而目前普遍應用的控制策略均采用簡單的PID+前饋的方案，必然無法獲得良好的控制品質。

1.3 控制系統的運行過分依賴于現場測點的完好性

SCR進、出口的NOx、O2測量儀表由于長期運行在灰、塵較高的環境下，容易出現部分或整體失真的情況，且儀表的定期吹掃、標定也會使測量值瞬間突變。目前國內應用的脫硝控制策略對上述問題均無相應應對，一旦某個測點失靈特別是出口NOX測量儀表故障時，整個控制系統即處于癱瘓，系統的長期可用性明顯受到影響。出現上述問題的主要原因是：目前國內的脫硝控制策略過于簡單，對于煤種多變、機組負荷受AGC頻繁調度、測量儀表存在失真的脫硝運行環境，則應將先進的控制技術應用到脫硝優化控制中來，才能獲得滿意的控制品質。

2 SCR脫硝基本原理

燃煤電廠鍋爐產生的NOx主要來源于燃料型NOx和熱力型NOx。根據NOx生成機理，控制NOx的技術主要包括燃燒時盡量避免NOx的生成技術和NOx生成后的煙氣脫除技術。SCR技術是應用最為廣泛的煙氣脫硝技術，采用NH3作還原劑，煙氣中NOx在經過SCR反應器時，在催化劑的作用下被還原成無害的N2和H2O。煙氣中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。要實現高效率脫硝，噴氨流量的控制至關重要。若噴氨量超過需求量，則NH3氧化等副反應的反應速率將增大，降低NOx的脫除效率，同時形成有害的副產品，即硫酸銨(NH4)2SO4和硫酸氫銨NH4HSO4，加劇對空氣預熱器換熱元件的堵塞和腐蝕；若噴氨量小于需求量，則反應不充分，造成NOx排放超標。由于噴氨量主要由氨流量調節閥控制，因此為保證脫硝出口NOx排放濃度滿足環保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脫硝系統噴氨自動控制的品質尤為重要。

3 噴氨自動控制優化措施

3.1 脫硝噴氨自動控制的優化

根據分析結果，優化現有的脫硝噴氨自動控制系統，對脫硝進出口CEMS系統全面細致檢查，測點選取不當的進行移位改造；合理調整自動吹掃/標定時間及間隔時間，防止脫硝進出口CEMS裝置的吹掃時間重合，最大程度保證接收的NOx、O2含量等參數的真實性；通過噴氨格柵(AIG)噴氨優化調整試驗，調整每路進氨支管手閥的開度，調整不同區域的噴氨量，最終達到噴氨均勻；對噴氨調節閥進行檢修，并重新調試定位，使兩側閥門開度與流量特性盡量一致，并在分布式控制系統(DCS)中利用函數修正閥門特性。此外，也優化了控制系統邏輯，由于PLC實現復雜的模擬量控制較為困難，利用電流信號隔離器，將與噴氨自動相關的參數測點同時引入PLC與DCS中，并在DCS中對噴氨自動控制進行邏輯組態，然后將調節閥自動指令再送回PLC輸出，脫硝噴氨自動的投切、給定值設定、流量偏置等與自動相關的操作仍在原輔網畫面進行，僅在DCS中進行邏輯運算。將控制邏輯引入DCS后，對噴氨自動控制策略優化，優化后主體仍采用串級回路控制，基于出口

3.2 主調及副調控制回路的優化

主調控制回路不再修正摩爾比，而是根據出口NOx質量濃度與其設定值的偏差經PID調節輸出，直接對計算出理論所需的噴氨流量進行修正(修正范圍0.7～1.3)。理論所需的噴氨流量則是由燃料量所計算出的煙氣量乘以入口NOx質量濃度與出口NOx設定值之差，再乘以二者摩爾比得到氨氣需求量。副調控制回路由主調回路修正后得到的噴氨流量，加上運行人員手動偏置量，作為副調的給定值，與噴氨流量測量值的偏差經過PID調節后輸出自動控制指令，控制噴氨流量調節閥開度，改變噴氨量大小。為了減小系統遲延的影響，在控制系統中引入了變負荷前饋；另外，由于燃燒工況的變化會影響入口NOx質量濃度，當發現入口NOx質量濃度迅速上升，出口NOx質量濃度超過設定值時，調節已來不及，觀察發現尾部煙道處煙氣氧量測點，能提前反應入口NOx質量濃度的變化趨勢，引入氧量信號作為前饋，來減少遲延與超調。

4 結束語

通過對現有噴氨自動控制系統的優化，自動調節品質雖然有了明顯改善，但是隨著環保標準的日趨嚴格，以及超低排放改造的實施，對脫硝噴氨這種大延遲自動控制系統，傳統的PID控制將很難滿足現場控制要求，因此探索結合模糊控制、神經網絡、史密斯預估等先進控制算法進行優化，是今后學習工作的一個方向，以期找到合理的控制策略，提高控制品質，滿足脫硝自動控制的要求，為脫硝系統的安全、穩定和經濟運行提供保障。

[1] 韋娟，昝小舒.小型SCR煙氣脫硝微機自動控制系統研究[J].制造業自動化，2016，38(09)：4-8+31.

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