660MW燃煤機組SCR智能優化控制策略應用與研究

吳可澤

摘 要 目前國內火電廠煙氣脫硝技術普遍采用成熟的SCR選擇性催化還原方法。脫硝裝置一方面降低了機組煙氣的NOx排放濃度，另一方面過量的噴氨不但不能進一步降低NOx排放濃度，相反會導致過量的氨氣逃逸，造成下游設備的腐蝕、堵塞，使得維護費用和工作量顯著增加。為了控制排放指標，火電廠采取了一系列技術措施，包括增容提硝改造、低氮燃燒器改造、增加催化劑層等，但是其控制仍然采用傳統的PID控制，回路較為簡單。在當前超低排放背景下，噴氨流量較以往大幅提高，這就需要更好的控制策略來減少噴氨量的波動，降低對下游設備的影響。本文旨在介紹一種基于SCR智能優化控制策略在浙能蘭溪電廠的應用實例。

關鍵詞 SCR;智能控制優化;動態模型

1設備概況

浙能蘭溪電廠#1機組采用選擇性催化還原法（SCR）工藝，采用液氨作為脫硝還原劑。選擇性催化還原法（SCR）是在催化劑作用下，用選擇性還原劑（液氨或尿素）將NOx還原為無害的氮氣和水蒸氣，是目前國際上技術最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硝技術。

優化前SCR控制采用傳統的PID控制策略，功能較為簡單，以控制SCR出口NOx濃度為最終控制目標，噴氨量作為調節手段，分A、B兩側進行控制。由于控制對象滯后性較大，隨著鍋爐負荷、煤質等的變化，煙氣進入SCR的NOx濃度變化范圍較大，容易造成噴氨的過噴或欠噴，大大增加了氨逃逸，威脅到鍋爐的安全運行[1]。

2SCR智能優化控制策略介紹

SCR脫硝裝置智能優化控制系統，采用對CEMS的測量信號通過關聯模型和分析評估來確定數據有效性后，在合理的應用多變量動態模型的基礎上，實現優化控制策略，有效地解決了閉環控制的可靠性問題，提高脫硝控制品質。

原控制策略下，當噴氨出現超調及時，只能講控制回路撤到手動操作，通過手動設定噴氨閥開度來控制噴氨量，這樣的設計對操作人員不夠直觀，且不利于回路的工程調試。

改進后的設計如圖1所示：

在原控制回路上增加一個RMST功能塊，該功能塊可以跟蹤之前的數值，也可以由操作人員進行設置。當ON/OFF開關置ON時，保持原先的串級控制回路狀態;當ON/OFF開關置OFF時，主回路（脫硝率控制回路）變為跟蹤模式，此時的副回路SP（設定值）由操作人員手動設置。

同時增加iSCR操作量的切換設計，當投入iSCR時，噴氨量設定值由原有的PID主回路輸出切換到iSCR輸出，原有的流量控制副回路PID依舊在自動狀態。切換時，能做到無擾設計。為判斷iSCR運行狀況，還增加了心跳信號。如果iSCR運行正常，程序會向DCS發送周期脈沖信號。如果脈沖中斷超過1個周期時，會終止所有回路的閉環控制，無擾切換到原DCS控制[2]。

3多變量動態模型的建立

SCR智能控制通過分析進出口NOx濃度、啟停磨煤機及機組噴氨策略，根據大量測試數據，建立多變量動態控制模型。

模型考慮多重因素對控制的影響，比如負荷大幅度變化和啟停磨煤機，都會造成SCR進口NOx幅度的快速變化，此時如果噴氨量大幅變化，就很容易造成氨逃逸。這種過程，如果有合理的負荷模型，再加上模型預測的軌跡調整，可以使氨逃逸降至最低。

為實現多變量控制方式，控制器采用了模型預測算法。模型預測算法包含預測模型、滾動優化和反饋校正三個主要部分。其原理框圖如圖2所示：

4實施效果檢測

比較同一時間段的優化投撤對比圖，如圖3所示，圖中藍色曲線表示噴氨量，紅色表示出口NOx濃度，粉色表示負荷，綠色為優化投入信號。從系統投入前后曲線，可以看到優化效果明顯。

統計數據如下表：

可以看到#1機SCR投入優化控制后，SCR出口NOx控制品質有了明顯的提高，出口NOx濃度標準方差修正前減少了43.8%，修正后減少了59.9%。噴氨量變化率的標準方差較投入前減少了58.2%，優化效果明顯。

5結束語

由于SCR進口NOx時刻在變化，控制系統的不穩定會造成液氨的浪費并影響催化劑的壽命，通過SCR智能優化控制系統的應用，可以滿足環保脫硝率范圍內，控制出口NOx濃度滿足要求，并通過模型預測等手段提高SCR煙氣脫硝裝置的可靠性，提高脫硝自動控制品質，同時應用多目標控制策略，可以有效減少環保排放超標率和氨逃逸率，降低空預器被硫酸氫氨堵住的風險，為SCR煙氣脫硝裝置的長久經濟運行提供了可靠的保障。

參考文獻

[1] 馬孝純，段躍非，朱亞波.鍋爐脫硝SCR法的控制策略研究[J].電站系統工程，2013（1）：65-66.

[2] 牛玉廣，潘巖，李曉彬.火力發電廠煙氣SCR脫硝自動控制研究現狀與展望[J].熱能動力工程，2019（4）：1-9.