尿素熱解脫硝系統自動調節現狀和智能化控制探索

吳濤杰

摘 要：本文特針對尿素熱解脫硝技術中普遍存在的自動調節問題進行分析和總結，提出可行性措施。

關鍵詞：尿素脫硝 自動調節 測量延遲時間 報表生成 拐點

尿素脫硝調節現狀：

根據調查了解，采用尿素熱解脫硝系統的工廠，由于其自動調節國內外沒有可借鑒的成熟方案，控制邏輯多數是在投運后，根據實際運行狀況，各生產企業自行修改、完善。但現階段尿素脫銷自動調節過程普遍存在，調節滯后、脫硝效率波動大等問題，需要人為大量手動干預。

本文以珠江電廠尿素脫硝系統為例，其熱解爐內起到稀釋和加熱作用的熱風取自熱一次風出口管道，經過電加熱器加熱，進入SCR反應區。在省煤器和空氣預熱器之間煙道裝置三層催化劑，后經過除塵器和引風機進入GGH和吸收塔，最后排至煙囪。

尿素脫硝調節難點

由于凈煙氣NOx測點在煙囪入口處，脫硝率根據省煤器出口處NOx測點和空預器入口處NOx測點計算得出。以尿素噴槍流量改變時間為基準，尿素溶液噴進熱解爐反應的時間和熱解爐到SCR反應區時間，加煙氣從SCR反應區至空預器時間為脫硝率測量延遲時間t1。煙氣從空預器入口經除塵器、引風機、脫硫設備等流至煙囪入口時間為t2。則煙囪入口NOx測量延遲時間t等于t1、t2之和。由于各機組煙氣流場、流速不同，t1在1.5-2.5分鐘不等，t在3-7分鐘不等。

目前尿素脫硝系統的難點主要集中在測量延遲時間上。負荷、燃燒工況、熱一次風流量，系統阻力，引風機出力等各環節都可能影響到測量延遲時間，導致常規的閉環調節系統，在負荷和脫硝入口NOx發生變化時難以及時作出比對。

同時現階段尿素熱解噴槍調節系統（MDM），由于各噴槍調門各自的閥門特性不同，壓縮空氣和尿素流量分配不一致等問題。導致實際流量變化和DCS指令之間存在一定的響應時間。

脫硝自動調節為減少延遲以脫硝率主要調節手段，而環保指標以煙囪入口測點數據為準。這就需要工作人員根據脫硝率變動趨勢和煙囪入口測點數據比對，人為改變脫硝率或者手動干預噴氨量。在脫硝入口NOx和負荷波動過程中，人的發現時間和專業素質不同更大程度的增加了脫硝調節的延遲和出口波動幅度。環保考核普遍以小時均值為標準，脫硝調節延遲、小時節點大幅波動是造成均值超標的重要原因。同時調節品質差對氨逃逸的影響很大，容易造成空預器堵塞，導致風機喘振等一系列問題。脫硝自動調節的靈敏度和穩定性，是尿素脫硝系統現階段急需解決的問題之一。

現階段解決辦法

基于尿素脫硝自動調節過程中存在的問題，在缺乏可借鑒控制邏輯的情況下，珠江電廠工作人員結合近年來運行經驗，和遇到的問題，不斷嘗試和完善，通過分段控制方式，提高運行工作人員技術水平和責任心，基本實現脫硝超潔凈排放標準。

由于負荷對煙氣流場和脫硝測量延遲時間的影響最為顯著，故對機組正常運行過程中常見負荷150MW至300MW每30MW負荷進行分段，300MW至320MW單獨分段，每段負荷內，根據歷史數據確認各負荷脫硝測量大致延遲時間，取得反饋調節參考點。然后根據理論尿素溶液需量進行PID運算得出補償后尿素溶液需量，尿素噴槍的實際流量隨補償后需量變動。

其中理論尿素溶液需量根據理論和經驗值計算得出，其公式：

理論尿素溶液需量=5×（機組負荷÷320）×（入口NOx濃度×17÷46）×（脫硝效率設定值/100 + 氨逃逸×2.05/入口NOx濃度）×3.095975

理論尿素溶液需量在實際運行中存在一定偏差，必須根據實際效率進行補償，其閉環調節系統的延遲性和反饋點的選取，必然造成脫硝品質的惡化。進行分段調節改造后，珠江電廠4×320MW 機組，尿素脫硝調節品質有了明顯提高。但在負荷和脫硝入口NOx出現大幅波動過程中仍然需要及時手動干預，同時需要頻繁調整脫硝率設定值。尿素脫硝系統自動調節仍然需要進一步完善。

未來尿素脫硝自動調節技術可行性探索

經過長期的運行分析研究，實現尿素脫硝全自動調節，最可行的方法是利用控制系統的歷史記錄軟件和報表生成軟件等，通過對煙氣系統模型的簡化，不斷學習記憶不同狀態下尿素溶液需量、測量延遲時間，和脫硝效率。在煙氣系統狀態改變時，立刻做出調整，大幅減小尿素脫硝系統調節的不穩定性。

一.簡化煙氣系統模型，減少變量。通過對珠江電廠分段控制方式運行的長期觀察、統計，燃煤特性，煙氣流場中風量，燃燒器擺角，鍋爐吸熱量、系統阻力等等諸多因素，可以簡化為各機組負荷與脫硝入口NOx濃度兩個變量。

二.尿素脫硝調節過程隨著負荷和入口NOx波動，外部調整變化的先后順序是尿素溶液實際流量，脫硝率，和煙囪入口NOx含量。每次波動過程這些參數都會產生波峰和波谷。尿素溶液實際流量歷史趨勢的拐點處的尿素流量，對應的其后最近處脫硝率相應拐點數據，又對應其后最近處煙囪入口NOx含量相應拐點數據。通過這種一一對應關系可以得出機組在一定負荷和脫硝入口NOx含量情況下，保證A、B側脫硝率和煙囪入口NOx含量在正常范圍，所需要的噴氨量的經驗值。 在比對精準的情況下，根據統計結果，最近一次相同負荷和相同脫硝入口NOx，達到正常煙囪入口NOx排放標準范圍，所需的尿素溶液流量，誤差率不超過4%。此誤差引起的波動，和穩定負荷和脫硝入口NOx時由于噴氨調門的特性和脫硝PID調節引起的正常波動幅度基本相同，能夠保證煙氣狀態波動時，脫硝調節的穩定性。

三.現有的XDPS的報表系統是基于MS EXCEL電子表格軟件之上的。報表的收集軟件將需收集和統計的數據按定義存放人數據庫（一般采用Access）。其歷史記錄軟件可按周期收集實時網上的模擬量和開關量的歷史數據。周期和觸發報表可按周期或定義的周期所得到的周期性或觸發性時數據收集報表，記錄在數據庫中，可由再現軟件隨時調出。利用微分計算，生成實際負荷、入口NOx及其對應的噴氨量、煙囪出口NOx歷史數據拐點，并保存在報表中，在技術層面是沒有瓶頸的，只需功能的完善。

四.以珠江電廠機組為例，把負荷從150MW到320MW每5MW作為一個統計區間，把脫硝入口NOx從140㎎/m3到600㎎/m3每20㎎/m3作為一個統計區間。每個負荷區間對應23個脫硝入口NOx數值，共需統計782個煙囪入口NOx在40-45㎎/m3時對應的尿素溶液需量和脫硝率及測量延遲時間。報表生成以煙囪入口NOx的歷史趨勢在40-45㎎/m3區間的拐點為觸發點，向前采集對應脫硝率拐點和尿素實際流量拐點，以及尿素溶液實際流量拐點出現時刻，機組的負荷和脫硝入口NOx數值，同時記錄下測量延遲時間t1和t2。其中拐點的選取遵照煙囪入口NOx極大值處拐點對應脫硝率極大值處拐點和尿素溶液實際流量極大值處拐點，煙囪入口NOx極小值處拐點對應脫硝率極小值處拐點和尿素溶液實際流量極小值處拐點。報表每兩小時更新一次，取已有數據和新采集數據平均值。

五.當負荷波動超出原統計區間±2MW，或者脫硝入口NOx波動超出原統計區間±10mg/m3時，觸發尿素溶液補償后需量發生階躍變化，自動改變脫硝率設定值，選取報表中相應負荷和入口NOx生成的歷史數據，同時刷新PID調節，更改測量延遲時間t1、t2進行新的PID 調節。

增加尿素脫硝調節系統的學習和記憶功能，通過對簡化變量機組負荷和脫硝入口NOx的分段處理，實現智能化控制，是未來解決尿素脫硝自動調節和測量延遲時間長且不斷變化，影響因素過多系統的可行途徑。

參考文獻：

[1]李杰 讀秀學術搜索 XDPS系統工程師站的軟件組態與網絡設置 2012年