羅相全

浙江大唐天地環(huán)保科技有限公司

脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)化

羅相全

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目前國內(nèi)大型火電機組的SCR脫硝控制系統(tǒng)由于控制策略設(shè)計不完善、控制目標不夠明確、現(xiàn)場測量條件限制等問題，系統(tǒng)的自動投入率和投入效果較差，使得整個脫硝系統(tǒng)的運行性能受到明顯影響。鑒于此，本文就脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)化展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

控制策略；控制品質(zhì)；預(yù)測控制

1 目前脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

1.1 控制目標不與考核目標對應(yīng)

環(huán)保部門最終對電廠進行考核核算的指標是煙囪入口處的NOx濃度測量值(由CEMS表計測得)。而目前自動調(diào)節(jié)控制目標是SCR出口的NOx，由于SCR出口NOx濃度與煙囪入口NOx濃度不論在靜態(tài)關(guān)系還是動態(tài)特性上均存在著較大的差別，也使得電廠的最終環(huán)保考核結(jié)果不佳。

1.2 控制策略設(shè)計過于簡單，與脫硝被控對象不相適應(yīng)

根據(jù)試驗情況，脫硝被控對象(NH3流量→煙囪入口NOx濃度)的響應(yīng)純延遲時間接近3分鐘，整個響應(yīng)過程達十幾分鐘，是典型的大滯后被控對象，控制系統(tǒng)想要獲得良好的控制品質(zhì)，必須以基于大滯后被控對象的設(shè)計思路進行優(yōu)化。而目前普遍應(yīng)用的控制策略均采用簡單的PID+前饋的方案，必然無法獲得良好的控制品質(zhì)。

1.3 控制系統(tǒng)的運行過分依賴于現(xiàn)場測點的完好性

SCR進、出口的NOx、O2測量儀表由于長期運行在灰、塵較高的環(huán)境下，容易出現(xiàn)部分或整體失真的情況，且儀表的定期吹掃、標定也會使測量值瞬間突變。目前國內(nèi)應(yīng)用的脫硝控制策略對上述問題均無相應(yīng)應(yīng)對，一旦某個測點失靈特別是出口NOX測量儀表故障時，整個控制系統(tǒng)即處于癱瘓，系統(tǒng)的長期可用性明顯受到影響。出現(xiàn)上述問題的主要原因是：目前國內(nèi)的脫硝控制策略過于簡單，對于煤種多變、機組負荷受AGC頻繁調(diào)度、測量儀表存在失真的脫硝運行環(huán)境，則應(yīng)將先進的控制技術(shù)應(yīng)用到脫硝優(yōu)化控制中來，才能獲得滿意的控制品質(zhì)。

2 SCR脫硝基本原理

燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的NOx主要來源于燃料型NOx和熱力型NOx。根據(jù)NOx生成機理，控制NOx的技術(shù)主要包括燃燒時盡量避免NOx的生成技術(shù)和NOx生成后的煙氣脫除技術(shù)。SCR技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，采用NH3作還原劑，煙氣中NOx在經(jīng)過SCR反應(yīng)器時，在催化劑的作用下被還原成無害的N2和H2O。煙氣中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。要實現(xiàn)高效率脫硝，噴氨流量的控制至關(guān)重要。若噴氨量超過需求量，則NH3氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增大，降低NOx的脫除效率，同時形成有害的副產(chǎn)品，即硫酸銨(NH4)2SO4和硫酸氫銨NH4HSO4，加劇對空氣預(yù)熱器換熱元件的堵塞和腐蝕；若噴氨量小于需求量，則反應(yīng)不充分，造成NOx排放超標。由于噴氨量主要由氨流量調(diào)節(jié)閥控制，因此為保證脫硝出口NOx排放濃度滿足環(huán)保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脫硝系統(tǒng)噴氨自動控制的品質(zhì)尤為重要。

3 噴氨自動控制優(yōu)化措施

3.1 脫硝噴氨自動控制的優(yōu)化

根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化現(xiàn)有的脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)，對脫硝進出口CEMS系統(tǒng)全面細致檢查，測點選取不當?shù)倪M行移位改造；合理調(diào)整自動吹掃/標定時間及間隔時間，防止脫硝進出口CEMS裝置的吹掃時間重合，最大程度保證接收的NOx、O2含量等參數(shù)的真實性；通過噴氨格柵(AIG)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，調(diào)整每路進氨支管手閥的開度，調(diào)整不同區(qū)域的噴氨量，最終達到噴氨均勻；對噴氨調(diào)節(jié)閥進行檢修，并重新調(diào)試定位，使兩側(cè)閥門開度與流量特性盡量一致，并在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中利用函數(shù)修正閥門特性。此外，也優(yōu)化了控制系統(tǒng)邏輯，由于PLC實現(xiàn)復(fù)雜的模擬量控制較為困難，利用電流信號隔離器，將與噴氨自動相關(guān)的參數(shù)測點同時引入PLC與DCS中，并在DCS中對噴氨自動控制進行邏輯組態(tài)，然后將調(diào)節(jié)閥自動指令再送回PLC輸出，脫硝噴氨自動的投切、給定值設(shè)定、流量偏置等與自動相關(guān)的操作仍在原輔網(wǎng)畫面進行，僅在DCS中進行邏輯運算。將控制邏輯引入DCS后，對噴氨自動控制策略優(yōu)化，優(yōu)化后主體仍采用串級回路控制，基于出口

3.2 主調(diào)及副調(diào)控制回路的優(yōu)化

主調(diào)控制回路不再修正摩爾比，而是根據(jù)出口NOx質(zhì)量濃度與其設(shè)定值的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出，直接對計算出理論所需的噴氨流量進行修正(修正范圍0.7～1.3)。理論所需的噴氨流量則是由燃料量所計算出的煙氣量乘以入口NOx質(zhì)量濃度與出口NOx設(shè)定值之差，再乘以二者摩爾比得到氨氣需求量。副調(diào)控制回路由主調(diào)回路修正后得到的噴氨流量，加上運行人員手動偏置量，作為副調(diào)的給定值，與噴氨流量測量值的偏差經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出自動控制指令，控制噴氨流量調(diào)節(jié)閥開度，改變噴氨量大小。為了減小系統(tǒng)遲延的影響，在控制系統(tǒng)中引入了變負荷前饋；另外，由于燃燒工況的變化會影響入口NOx質(zhì)量濃度，當發(fā)現(xiàn)入口NOx質(zhì)量濃度迅速上升，出口NOx質(zhì)量濃度超過設(shè)定值時，調(diào)節(jié)已來不及，觀察發(fā)現(xiàn)尾部煙道處煙氣氧量測點，能提前反應(yīng)入口NOx質(zhì)量濃度的變化趨勢，引入氧量信號作為前饋，來減少遲延與超調(diào)。

4 結(jié)束語

通過對現(xiàn)有噴氨自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化，自動調(diào)節(jié)品質(zhì)雖然有了明顯改善，但是隨著環(huán)保標準的日趨嚴格，以及超低排放改造的實施，對脫硝噴氨這種大延遲自動控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制將很難滿足現(xiàn)場控制要求，因此探索結(jié)合模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、史密斯預(yù)估等先進控制算法進行優(yōu)化，是今后學習工作的一個方向，以期找到合理的控制策略，提高控制品質(zhì)，滿足脫硝自動控制的要求，為脫硝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提供保障。

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[2] 宋益純.優(yōu)化SCR脫硝監(jiān)控系統(tǒng)，降低脫硝運行成本[A].中國節(jié)能協(xié)會熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.2016燃煤電廠超低排放形勢下SCR(SNCR)脫硝系統(tǒng)運行管理及氨逃逸與空預(yù)器堵塞技術(shù)交流研討會論文集[C].中國節(jié)能協(xié)會熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟：，2016：5.