垃圾焚燒煙氣處理SNCR控制系統(tǒng)研究

王健生

摘要：文中結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電煙氣處理SNCR系統(tǒng)，介紹一種實(shí)用的SNCR氨水投加量的控制策略，通過(guò)鍋爐出口NOx與煙囪出口NOx串級(jí)控制器，控制氨水投加從而減少氨的逃逸率。

關(guān)鍵詞：SNCR；煙氣處理；串級(jí)控制

中圖分類號(hào)：TK32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0001—02

1垃圾焚燒廠煙氣處理SNCR工藝介紹

垃圾焚燒爐煙氣中的大多數(shù)氮氧化物通過(guò)垃圾中的氮元素反應(yīng)生成見圖1。

當(dāng)以氨水為還原劑時(shí)，其中反應(yīng)方程可簡(jiǎn)單表示為：

上述反應(yīng)的過(guò)程在溫度窗口范圍內(nèi)才能有效，當(dāng)溫度超過(guò)溫度窗口后，將重新生成NOx。

在850～1050℃溫度窗口之間，使用壓縮空氣作載體，將還原劑氨水（NH₄OH）在噴嘴處?kù)F化之后噴入焚燒爐，與爐內(nèi)煙氣反應(yīng)，從而達(dá)到脫氮效果。

整個(gè)系統(tǒng)分為4個(gè)部分：氨水存儲(chǔ)系統(tǒng)、氨水輸送系統(tǒng)、氨水噴射系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。氨水通過(guò)輸送系統(tǒng)輸送至氨水噴槍，噴槍混合壓縮空氣進(jìn)入鍋爐第一煙道。氨水噴射系統(tǒng)采用噴槍，采用分層布置，分為上層和下層，每層分別布置氨水噴槍。該工藝采用直接噴射濃度25%氨水，不需要對(duì)氨水稀釋到20%，減少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。工藝流程見圖2。

2 SNCR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)SNCR工藝及控制要求，SNCR控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）氨水存儲(chǔ)罐區(qū)的監(jiān)視和保護(hù)；

（2）氨水輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)；

（3）氨水噴射自動(dòng)控制系統(tǒng)；

（4）煙氣排放指標(biāo)監(jiān)視和控制；

在垃圾焚燒廠中一般會(huì)有多條垃圾焚燒線，每條垃圾焚燒生產(chǎn)線都配置一套獨(dú)立的氨水輸送系統(tǒng)、氨水噴射系統(tǒng)及煙氣排放監(jiān)視系統(tǒng)，多條線共用一套氨水存儲(chǔ)系統(tǒng)。因此SNCR控制系統(tǒng)控制站一般按如下方式設(shè)計(jì)：

（1）公用控制站負(fù)責(zé)氨水存儲(chǔ)區(qū)控制。

（2）氨水投加控制站負(fù)責(zé)氨水輸送、氨水噴射、煙氣排放監(jiān)視和壓縮空氣控制，該站的數(shù)量與垃圾焚燒線的數(shù)量一樣。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)氨水投加最優(yōu)化控制，與一般控制系統(tǒng)相比，專門在鍋爐出口增加了氨氣、NOx含量檢測(cè)儀以及第一煙道出口紅外溫度檢測(cè)儀，通過(guò)鍋爐出口氨氣檢測(cè)和NOx檢測(cè)儀快速調(diào)節(jié)氨水投加量從而達(dá)到控制煙囪出NOx排放的目的，控制系統(tǒng)根據(jù)紅外溫度調(diào)整氨水1層與2層的分配，整個(gè)控制系統(tǒng)能夠顯著減少氨水投加量，降低氨逃逸率。氨水投加系統(tǒng)煙氣測(cè)點(diǎn)分布見圖4。

現(xiàn)場(chǎng)控制器采用西門子S7-300 PLC系統(tǒng)，控制站控制程序采用STEP7軟件，人機(jī)界面采用WINCC組態(tài)軟件作為開發(fā)工具，整個(gè)控制程序采用結(jié)構(gòu)化開發(fā)方式。

將計(jì)算機(jī)的編程算法和模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)思想應(yīng)用到PLC軟件設(shè)計(jì)中，就可以對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)制定合理的總體設(shè)計(jì)方案，將工藝控制要求轉(zhuǎn)變成能適合于編程的有限步驟，進(jìn)行模塊化編程。

3 SNCR控制原理

氨水投加控制策略是整個(gè)控制系統(tǒng)核心部分，該控制策略經(jīng)過(guò)反復(fù)改進(jìn)優(yōu)化已經(jīng)能夠充分減少氨水投加量，有效減少氨逃逸率。

控制原理見圖5。

該控制策略是一種串級(jí)控制，煙囪PID NOx控制器作為主控制器，根據(jù)給定值及煙囪NOx實(shí)際測(cè)量值偏差，控制器輸出作為副鍋爐出口PID NOx控制器的給定，通過(guò)主控制的輸出及鍋爐出口NOx實(shí)際測(cè)量值計(jì)算氨水實(shí)際投加總量。氨水分函數(shù)Balance f（T），根據(jù)第一煙道出口紅外溫度（T_IRPyrometer）實(shí)際測(cè)量值，設(shè)定1層與2層的氨水投加量。氨水流量控制器（PID Frequency）根據(jù)給定氨水量控制氨水變頻器的工作頻率實(shí)現(xiàn)恒流量控制。

控制策略由以下幾個(gè)控制器組成：

（1）煙囪出口PID NOx主控制器。該控制器作為串級(jí)控制器的主控制器，以煙囪出口NOx作為控制目標(biāo)。

（2）鍋爐出口PID NOx副控制器。該控制器作為串級(jí)控制器的副控制器，該控制器的控制變量是鍋爐出口NOx。

（3）氨水分層控制函數(shù)Balance f（T）。為了防止噴入爐內(nèi)氨氣過(guò)熱燃燒多生產(chǎn)NOx，下層噴入的氨水緩慢反應(yīng)至上層。上下層之間的平衡控制器通過(guò)鍋爐第2通道的紅外溫度計(jì)測(cè)得的溫度控制。

（4）氨水恒流量控制器（PID Frequency）。該控制器實(shí)現(xiàn)氨水泵的恒流量控制。

另外，整個(gè)控制器還受到溫度窗口的控制，溫度窗口溫度檢測(cè)點(diǎn)，選擇第一煙道頂部的溫度。當(dāng)頂部溫度在850～1050℃范圍，投加系統(tǒng)投入運(yùn)行，當(dāng)溫度超出溫度窗口范圍以外時(shí)，立即停止氨水投加，有效避免了氨水無(wú)效投加。溫度窗口的控制通過(guò)控制壓縮空氣投加來(lái)間接實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)束語(yǔ)

SNCR控制系統(tǒng)采用煙囪出口NOx控制為主、鍋爐出口NOx控制為輔的串級(jí)控制策略，通過(guò)控制氨水投加量從而減少氨的逃逸率的自動(dòng)控制方式，在我公司多個(gè)垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目上應(yīng)用效果良好，具有積極的借鑒意義。