火力發(fā)電廠脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)探討

劉峰 貴州興義電力發(fā)展有限公司

1 引言

圖1 SCR脫銷系統(tǒng)裝置的基本流程圖

火力發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)營過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，如果對這些氮氧化物不能進(jìn)行合理地處理，很容易會(huì)給大氣環(huán)境造成污染，比如：酸雨、酸霧等等，還會(huì)對大氣的臭氧層造成破壞。目前，在火力發(fā)電廠中，用于處理氮氧化物的方式是脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)，比如：SCR脫硝系統(tǒng)，在其處理過程中，會(huì)因機(jī)組負(fù)荷的變化產(chǎn)生各種系統(tǒng)變化，技術(shù)人員如果不對系統(tǒng)及時(shí)采取處理措施，就會(huì)造成脫銷后排放的氮氧化物不達(dá)標(biāo)的后果，這會(huì)使運(yùn)行成本有所增加。因此，如何對火力發(fā)電廠脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，減少甚至避免對環(huán)境的污染是非常值得研究的問題。

2 SCR尿素脫硝工藝的流程和特點(diǎn)

SCR尿素脫硝工藝主要有水解法和熱解法，其中，水解法的原理是把分解尿素水溶液，熱解法的原理是將尿素溶液加熱霧化后將固態(tài)或熔化態(tài)的純尿素加熱分解。兩種方法中熱解法不會(huì)產(chǎn)生聚合物，更加理想，應(yīng)用也更加廣泛。

尿素?zé)峤夥撓豕に嚨奈談┦悄蛩兀涔に嚵鞒倘缦拢喊涯蛩厮偷饺芙夤迌?nèi)，將固體尿素溶解于除鹽水中制成尿素溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%），將其在混合泵作用下送至尿素溶液儲(chǔ)罐，再經(jīng)給料泵、計(jì)量裝置、分配裝置以及霧化噴嘴等被送至絕熱分解室中，混合于加熱的稀釋空氣，霧化的尿素液滴會(huì)在絕熱分解室中被分解為氨氣和二氧化碳，之后，再經(jīng)過氨噴射系統(tǒng)將氨氣混合于煙氣中，氨氣與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)從而降低其中的氮氧化合物含量，最終達(dá)到煙氣脫硝的目標(biāo)。

利用尿素?zé)峤夥ㄖ瓢钡拿撓豕に囉泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，比如：操作簡單，所需人力較少，能夠及時(shí)跟蹤機(jī)組的負(fù)荷變化情況，響應(yīng)快，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生中間聚合物，不存在高壓容器，也沒有氨泄露的可能，安全隱患較少，實(shí)用性較強(qiáng)。

3 對脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)的重要性

大多數(shù)火力發(fā)電廠對脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化是從設(shè)備、物理原理等角度下手，而忽略了對脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)，實(shí)際上，脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)與火力發(fā)電廠的運(yùn)行成本有著直接聯(lián)系，研究表明，在火力發(fā)電廠的脫硝過程，尿素使用所占的成本至少占據(jù)了脫硝工作總成本的一般，而且脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)如果不能正常運(yùn)行，火力發(fā)電廠的氮氧化物排放就很可能會(huì)不達(dá)標(biāo)，為了讓氮氧化物排放符合標(biāo)準(zhǔn)，火力發(fā)電廠必須降低氮氧化物的平均濃度，那么就必須增加尿素的噴射量，這樣火力發(fā)電廠的運(yùn)行成本就會(huì)相應(yīng)增加。所以，火力發(fā)電廠脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)能夠有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，這是火力發(fā)電廠能夠正常、安全生產(chǎn)的根本保障。

4 火力發(fā)電廠脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在的問題

4.1 影響脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的因素

從SCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)備特點(diǎn)與運(yùn)行特性來看，對脫硝自動(dòng)控制有影響的因素主要有：（1）測量儀表：煙囪入口、SCR入口、SCR出口的氮氧化物分析儀以及SCR出口的氨氣分析儀或者其他測量系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障；（2）鍋爐系統(tǒng)：機(jī)械設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)故障，還可能出現(xiàn)燃煤質(zhì)量差、催化劑老化、燃燒情況不理想等情況；（3）人員問題：技術(shù)人員可能會(huì)出現(xiàn)不熟悉工藝、監(jiān)管不負(fù)責(zé)、故障處理不及時(shí)等問題。

4.2 影響脫硝控制方式的問題

對于SCR脫硝的控制方式主要有以下兩種：

（1）固定摩爾比。其原理為：把綜合氨氮的摩爾比或者脫硝效率設(shè)成定值，根據(jù)SCR入口的氮氧化物濃度、煙氣流量以及氨氮的摩爾比等量求出所需的氨氣的量，然后用調(diào)節(jié)閥來控制氨氣實(shí)際的流量；

（2）固定SCR出口的氮氧化物濃度。其原理為：基于固定摩爾比的方式，把SCR出口的氮氧化物濃度設(shè)成定值，根據(jù)煙囪入口處氮氧化物濃度的偏差來修正氮氧的摩爾比，從而實(shí)現(xiàn)對SCR出口處氮氧化物的濃度的控制。

在這兩種控制方式的實(shí)際運(yùn)作中，均會(huì)產(chǎn)生以下問題：（1）未把煙囪入口處氮氧化物當(dāng)作控制量，使得氮氧化物偏離了考核標(biāo)準(zhǔn)；（2）設(shè)計(jì)的控制方法較為簡單，控制效果不明顯；（3）在控制系統(tǒng)中只考慮到了煙氣量、機(jī)組負(fù)荷等變化，并沒有考慮到機(jī)組負(fù)荷的指令變化或者煤種變化等。

5 針對脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)方法

5.1 對脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

在對SCR脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的考核要求、運(yùn)行環(huán)境以及特性數(shù)學(xué)模擬等進(jìn)行分析之后，基于自適應(yīng)控制、模糊控制以及預(yù)測控制等方法提出優(yōu)化方案，并采用PLC控制進(jìn)行實(shí)施。進(jìn)行優(yōu)化后系統(tǒng)具有一下優(yōu)勢：（1）能夠通過機(jī)組指令的變化規(guī)律，對氮氧化物濃度的波動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，此外，可以通過調(diào)整控制算法來降低氨氣的消耗量；（2）可以把煙囪入口處的氮氧化物濃度值處設(shè)置為調(diào)節(jié)目標(biāo)，使其符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)整較為方便。

5.2 對現(xiàn)場設(shè)備的故障對進(jìn)行處理與改進(jìn)

（1）在SCR入口處與出口處有氮氧化物分析儀，其前端的取樣膠管很容易額很容易破裂或者損壞，從而導(dǎo)致膠管漏氣、測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等一系列情況。改進(jìn)措施：對探頭前端的預(yù)處理部件進(jìn)行優(yōu)化，取消不必要的部件。

（2）在氮氧在化物原本的測量系統(tǒng)的吹掃過程中，可能會(huì)發(fā)生測量數(shù)據(jù)突變的情況。改進(jìn)措施：對系統(tǒng)程序進(jìn)行修改，令測量系統(tǒng)保持吹掃數(shù)據(jù)，避免產(chǎn)生不良影響。

（3）對氮氧化物的測量系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在氮氧化物分析儀附近安裝樣氣精濾附近及二級(jí)除濕等裝置，消除甚至降低水、氧氣灰等對分析儀的不良影響。

5.3 確保脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的措施

一方面，火力發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)重視檢修人員的技術(shù)水平與業(yè)務(wù)能力，保證檢修人員能夠在應(yīng)對各種設(shè)備故障，并對設(shè)備定期檢修；另一方面，火力發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)重視對維修人員環(huán)保理念的強(qiáng)調(diào)，重視環(huán)保宣傳，帶領(lǐng)維修人員了解各項(xiàng)考核指標(biāo)，從而確保火力發(fā)電廠的氮氧化物排放量合乎標(biāo)準(zhǔn)；此外，應(yīng)當(dāng)在其他工作已經(jīng)到位的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對尿素區(qū)域的檢查，尤其是尿素溶解罐中的尿素濃度，還要確保尿素相關(guān)儀表工作正常。

6 優(yōu)化與改進(jìn)取得的成效

（1）改進(jìn)前，脫銷為手動(dòng)控制，對氮氧化物濃度的控制不精準(zhǔn)，改進(jìn)后，氮氧化物的濃度能夠被有效控制在允許范圍內(nèi)；

（2）改進(jìn)后，在脫硝入口處的氮氧化物濃度因機(jī)組的燃煤品質(zhì)變化而下降時(shí)，脫銷自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠通過立即關(guān)閉氨氣閥的方式來降低氨氣用量，實(shí)踐統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化改進(jìn)后的系統(tǒng)氨氣用量降低了20%左右。

（3）對脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)后，氮氧化物的排放濃度從250mg/Nm從以上降低到了90mg/Nm，脫硝效率從45%提高到了75%。在

結(jié)束語：綜上所述，對火力發(fā)電廠脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)是一項(xiàng)關(guān)系到社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及綠色社會(huì)建設(shè)的大工程，只有從實(shí)際出發(fā)，對存在的問題進(jìn)行認(rèn)真分析、有針對性的優(yōu)化、改進(jìn)，才能使得火力發(fā)電廠的氮氧化物排放量有效減少，從而為我國的綠色工程作出努力，為大氣污染的治理出一份力。