提高脫硝供氨系統可靠性的優化設計

程小歡，張勇軍，楊金龍，孟念

(華潤電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

目前我廠脫硝供氨系統采用的三個液氨儲罐加兩臺液氨汽化器的布置方式，三個液氨儲罐出口共用一根母管送至兩個液氨汽化器。正常運行時，一個液氨儲罐和一個汽化器投入，其他設備作為備用。由于當初環保形勢不嚴峻，最初對設備控制系統設計時，沒有引起足夠的重視，設備的控制可靠性方面沒有考慮周到。一是自動控制測點的設置上沒有采取冗余的布置方式。二是在控制邏輯中沒有對熱控測點的進行故障判斷，當測點故障時，引起了設備退出運行，而操作人員也沒有及時發現，造成了脫硝供氨中斷，從而引起脫硝環保數據超標。三是供氨系統運行方式不合適，備用汽化器是冷備用狀態。環保數據的超標，給公司造成經濟損失。

1 供氨系統控制存在的問題分析

1.1 測點的設置分析

汽化器投入時，依靠汽化器蒸汽調節閥控制進入汽化器的蒸汽來控制汽化器水浴溫度，以達到加熱液氨，使液氨變成氨氣的目的。汽化器水浴溫度在當初設計時只有一個測點，其作為汽化器蒸汽調節閥自動控制的被調量，因此，測點的準確與否決定了自動控制的準確度。另外，該點還具有聯鎖保護功能，當汽化器水浴溫度大于95℃時，超馳關閉汽化器蒸汽調節閥至0%。因此，該測點的可靠性也就決定了系統運行的可靠性。但是，實際運行中，由于此測點的故障引起了兩次汽化器退出，使得供氨中斷，進而造成脫硝系統退出，鍋爐排放的煙氣氮氧化物超標。故障事件的發生，說明了單個測點的設置對于保證供氨系統的可靠存在很大的隱患。

1.2 設備運行方式分析

兩套汽化器系統正常運行時，一套運行，一套備用。運行的汽化器蒸汽調節閥為自動方式，此調節閥控制汽化器水浴溫度，為保證液氨汽化良好，設定汽化器水浴溫度為80℃。備用的汽化器蒸汽調節閥在手動方式并關閉，汽化器進氨切斷閥關閉，此時汽化器水浴溫度為常溫。當運行的汽化器由于故障停運時，氨氣緩沖罐內已有的氨氣可以保證兩臺機脫硝正常運行3分鐘。即使備用的汽化器立刻投入運行，而將汽化器水浴溫度加熱到制氨氣所需的溫度需要30~40分鐘。因此，供氨系統會有一段時間的中斷，這樣就會使脫硝中斷，造成排放的煙氣氮氧化物超標。

1.3 控制邏輯分析

汽化器正常運行時，液氨汽化器水浴溫度設定值與實際值偏差大于10℃時，液氨汽化器蒸汽調門切為手動，從自動切為手動方式時DCS中沒有聲光報警，運行人員很難發現，另外液氨汽化器水浴溫度低于70℃時延時3S關閉B液氨汽化器液氨切斷閥。而液氨汽化器水浴溫度只設置了質量判斷，只有當出現元件壞或線路故障造成斷線的情況下，才會將液氨汽化器蒸汽調門切為手動，由于汽化器水浴溫度沒有設置速率判斷，當汽化器水浴溫度出現跳變高于95℃時，就會造成液氨汽化器蒸汽調門強制關至0%，并且聯鎖關閉汽化器進氨切斷閥，汽化器退出。而備用的汽化器為冷備用狀態，控制邏輯無法實現自動投入備用的汽化器，供氨系統停止工作，這樣就造成脫硝系統的退出。

2 供氨系統控制優化及效果

2.1 測點優化分析

對于測點的布置，建議在有條件的情況下將單點增加為三點，將三個測點的中值作為被調量。當三個測點的其中一個壞質量，剩余兩個測點的平均值作為被調量。當三個測點其中有兩個壞質量，剩余一個測點作為被調量。當三個測點均壞質量時，汽化器蒸汽調節閥自動切為手動。任何一個測點故障時，將在DCS畫面上進行聲光報警，提示人員及時處理。這樣就可以避免因測點故障引起的汽化器退出問題。

2.2 控制邏輯優化分析

目前，由于增加測點無法實現，暫時采取控制邏輯優化的方式，具體措施如下：

圖1 汽化器蒸汽調節閥超馳自動邏輯

（1）將原備用的汽化器由冷備用狀態改變為熱備用狀態。即每套汽化器增加一個熱備用投入按鈕，按鈕投入且汽化器蒸汽調節閥投入自動時，汽化器處于熱備用狀態。熱備用狀態下，設定汽化器水浴溫度為80℃，保證汽化器水浴溫度維持在80℃左右，汽化器進氨切斷閥為關閉狀態。

（2）將原緩沖罐進口壓力引入控制邏輯參與控制。即熱備用按鈕投入后，當緩沖罐進口壓力小于0.2MPa時，超馳將汽化器蒸汽調節閥開至70%(此數可以根據實際情況調整，從0%開至70%需要7s，如圖1)，持續時間8S(此數可以根據實際情況調整)，8s后汽化器蒸汽調節閥根據設定值自動調節。并且延時2s(此數可以根據實際情況調整)，聯開汽化器進氨切斷閥。此時，熱備用汽化器由備用狀態變為正常運行狀態。

（3）增加測點條件判斷。將汽化器水浴溫度進行速率判斷，當汽化器水浴溫度變化超過8℃/s(此數可以根據實際情況調整)時，閉鎖汽化器水溫大于95℃關閉汽化器蒸汽調節閥至0%的邏輯，當水溫小于95℃時，恢復正常控制。這樣就避免了由于元件本身或線路故障引起的溫度測點跳變引起的汽化器退出。

（4）增加DCS聲光報警。即增加汽化器蒸汽調節閥切手動聲光報警；增加氨氣緩沖罐進口壓力高于0.5MPa和低于0.2MPa聲光報警。故障情況下，通過DCS聲光報警，提醒運行人員及時發現問題，采取相應措施，保證氨氣正常供應。

2.3 控制優化后的效果分析

為了檢驗控制邏輯優化后的效果，我們進行了試驗。首先，將備用的汽化器投入熱備用狀態，通過人為切除正常運行的汽化器進行試驗。當緩沖罐進口壓力低于0.2MPa時，熱備用的汽化器蒸汽調節閥超馳開至70%，汽化器進氨切斷閥打開，熱備用汽化器投入正常。經過一段時間的觀察，汽化器水浴溫度與設定值最大偏差5℃，氨氣緩沖罐進口壓力最低降至0.18MPa，完全滿足了脫硝氨氣的供應。

其次，通過將汽化器水浴溫度線拆除試驗，在拆除過程中，溫度出現了幾次跳變，幅度超過了8℃/s。此時，汽化器蒸汽調節閥由自動切為手動狀態，并維持到一定開度。雖然出現了汽化器水浴溫度超過95℃的情況，但是由于變化幅度超過了8℃/s，邏輯閉鎖超馳，因此，沒有超馳關閉汽化器蒸汽調節閥至0%，這種情況下只是將汽化器由自動狀態變為手動狀態。

通過上述兩種方式的試驗，證明了控制邏輯優化后，能夠保證運行汽化器在故障情況下，備用汽化器可以及時投入運行，維持氨氣的正常供應。

3 結語

通過對氨區汽化器控制邏輯的優化，解決了氨區汽化器無法熱備用的問題。并且，保證了運行汽化器相關設備在故障情況下，備用設備能夠自動投入運行，保證氨氣的正常供應，大大提高了供氨系統的可靠性。