提高脫硝供氨系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(tǒng)采用的三個(gè)液氨儲罐加兩臺液氨汽化器的布置方式，三個(gè)液氨儲罐出口共用一根母管送至兩個(gè)液氨汽化器。正常運(yùn)行時(shí)，一個(gè)液氨儲罐和一個(gè)汽化器投入，其他設(shè)備作為備用。由于當(dāng)初環(huán)保形勢不嚴(yán)峻，最初對設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有引起足夠的重視，設(shè)備的控制可靠性方面沒有考慮周到。一是自動控制測點(diǎn)的設(shè)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(diǎn)的進(jìn)行故障判斷，當(dāng)測點(diǎn)故障時(shí)，引起了設(shè)備退出運(yùn)行，而操作人員也沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成了脫硝供氨中斷，從而引起脫硝環(huán)保數(shù)據(jù)超標(biāo)。三是供氨系統(tǒng)運(yùn)行方式不合適，備用汽化器是冷備用狀態(tài)。環(huán)保數(shù)據(jù)的超標(biāo)，給公司造成經(jīng)濟(jì)損失。

1 供氨系統(tǒng)控制存在的問題分析

1.1 測點(diǎn)的設(shè)置分析

汽化器投入時(shí)，依靠汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入汽化器的蒸汽來控制汽化器水浴溫度，以達(dá)到加熱液氨，使液氨變成氨氣的目的。汽化器水浴溫度在當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)只有一個(gè)測點(diǎn)，其作為汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥自動控制的被調(diào)量，因此，測點(diǎn)的準(zhǔn)確與否決定了自動控制的準(zhǔn)確度。另外，該點(diǎn)還具有聯(lián)鎖保護(hù)功能，當(dāng)汽化器水浴溫度大于95℃時(shí)，超馳關(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%。因此，該測點(diǎn)的可靠性也就決定了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但是，實(shí)際運(yùn)行中，由于此測點(diǎn)的故障引起了兩次汽化器退出，使得供氨中斷，進(jìn)而造成脫硝系統(tǒng)退出，鍋爐排放的煙氣氮氧化物超標(biāo)。故障事件的發(fā)生，說明了單個(gè)測點(diǎn)的設(shè)置對于保證供氨系統(tǒng)的可靠存在很大的隱患。

1.2 設(shè)備運(yùn)行方式分析

兩套汽化器系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，一套運(yùn)行，一套備用。運(yùn)行的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥為自動方式，此調(diào)節(jié)閥控制汽化器水浴溫度，為保證液氨汽化良好，設(shè)定汽化器水浴溫度為80℃。備用的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥在手動方式并關(guān)閉，汽化器進(jìn)氨切斷閥關(guān)閉，此時(shí)汽化器水浴溫度為常溫。當(dāng)運(yùn)行的汽化器由于故障停運(yùn)時(shí)，氨氣緩沖罐內(nèi)已有的氨氣可以保證兩臺機(jī)脫硝正常運(yùn)行3分鐘。即使備用的汽化器立刻投入運(yùn)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(tǒng)會有一段時(shí)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(biāo)。

1.3 控制邏輯分析

汽化器正常運(yùn)行時(shí)，液氨汽化器水浴溫度設(shè)定值與實(shí)際值偏差大于10℃時(shí)，液氨汽化器蒸汽調(diào)門切為手動，從自動切為手動方式時(shí)DCS中沒有聲光報(bào)警，運(yùn)行人員很難發(fā)現(xiàn)，另外液氨汽化器水浴溫度低于70℃時(shí)延時(shí)3S關(guān)閉B液氨汽化器液氨切斷閥。而液氨汽化器水浴溫度只設(shè)置了質(zhì)量判斷，只有當(dāng)出現(xiàn)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(diào)門切為手動，由于汽化器水浴溫度沒有設(shè)置速率判斷，當(dāng)汽化器水浴溫度出現(xiàn)跳變高于95℃時(shí)，就會造成液氨汽化器蒸汽調(diào)門強(qiáng)制關(guān)至0%，并且聯(lián)鎖關(guān)閉汽化器進(jìn)氨切斷閥，汽化器退出。而備用的汽化器為冷備用狀態(tài)，控制邏輯無法實(shí)現(xiàn)自動投入備用的汽化器，供氨系統(tǒng)停止工作，這樣就造成脫硝系統(tǒng)的退出。

2 供氨系統(tǒng)控制優(yōu)化及效果

2.1 測點(diǎn)優(yōu)化分析

對于測點(diǎn)的布置，建議在有條件的情況下將單點(diǎn)增加為三點(diǎn)，將三個(gè)測點(diǎn)的中值作為被調(diào)量。當(dāng)三個(gè)測點(diǎn)的其中一個(gè)壞質(zhì)量，剩余兩個(gè)測點(diǎn)的平均值作為被調(diào)量。當(dāng)三個(gè)測點(diǎn)其中有兩個(gè)壞質(zhì)量，剩余一個(gè)測點(diǎn)作為被調(diào)量。當(dāng)三個(gè)測點(diǎn)均壞質(zhì)量時(shí)，汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥自動切為手動。任何一個(gè)測點(diǎn)故障時(shí)，將在DCS畫面上進(jìn)行聲光報(bào)警，提示人員及時(shí)處理。這樣就可以避免因測點(diǎn)故障引起的汽化器退出問題。

2.2 控制邏輯優(yōu)化分析

目前，由于增加測點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)，暫時(shí)采取控制邏輯優(yōu)化的方式，具體措施如下：

圖1 汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥超馳自動邏輯

（1）將原備用的汽化器由冷備用狀態(tài)改變?yōu)闊醾溆脿顟B(tài)。即每套汽化器增加一個(gè)熱備用投入按鈕，按鈕投入且汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥投入自動時(shí)，汽化器處于熱備用狀態(tài)。熱備用狀態(tài)下，設(shè)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(jìn)氨切斷閥為關(guān)閉狀態(tài)。

（2）將原緩沖罐進(jìn)口壓力引入控制邏輯參與控制。即熱備用按鈕投入后，當(dāng)緩沖罐進(jìn)口壓力小于0.2MPa時(shí)，超馳將汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥開至70%(此數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，從0%開至70%需要7s，如圖1)，持續(xù)時(shí)間8S(此數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，8s后汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)。并且延時(shí)2s(此數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，聯(lián)開汽化器進(jìn)氨切斷閥。此時(shí)，熱備用汽化器由備用狀態(tài)變?yōu)檎＿\(yùn)行狀態(tài)。

（3）增加測點(diǎn)條件判斷。將汽化器水浴溫度進(jìn)行速率判斷，當(dāng)汽化器水浴溫度變化超過8℃/s(此數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)時(shí)，閉鎖汽化器水溫大于95℃關(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%的邏輯，當(dāng)水溫小于95℃時(shí)，恢復(fù)正?？刂?。這樣就避免了由于元件本身或線路故障引起的溫度測點(diǎn)跳變引起的汽化器退出。

（4）增加DCS聲光報(bào)警。即增加汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥切手動聲光報(bào)警；增加氨氣緩沖罐進(jìn)口壓力高于0.5MPa和低于0.2MPa聲光報(bào)警。故障情況下，通過DCS聲光報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施，保證氨氣正常供應(yīng)。

2.3 控制優(yōu)化后的效果分析

為了檢驗(yàn)控制邏輯優(yōu)化后的效果，我們進(jìn)行了試驗(yàn)。首先，將備用的汽化器投入熱備用狀態(tài)，通過人為切除正常運(yùn)行的汽化器進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)緩沖罐進(jìn)口壓力低于0.2MPa時(shí)，熱備用的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥超馳開至70%，汽化器進(jìn)氨切斷閥打開，熱備用汽化器投入正常。經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，汽化器水浴溫度與設(shè)定值最大偏差5℃，氨氣緩沖罐進(jìn)口壓力最低降至0.18MPa，完全滿足了脫硝氨氣的供應(yīng)。

其次，通過將汽化器水浴溫度線拆除試驗(yàn)，在拆除過程中，溫度出現(xiàn)了幾次跳變，幅度超過了8℃/s。此時(shí)，汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥由自動切為手動狀態(tài)，并維持到一定開度。雖然出現(xiàn)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(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%，這種情況下只是將汽化器由自動狀態(tài)變?yōu)槭謩訝顟B(tài)。

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

3 結(jié)語

通過對氨區(qū)汽化器控制邏輯的優(yōu)化，解決了氨區(qū)汽化器無法熱備用的問題。并且，保證了運(yùn)行汽化器相關(guān)設(shè)備在故障情況下，備用設(shè)備能夠自動投入運(yùn)行，保證氨氣的正常供應(yīng)，大大提高了供氨系統(tǒng)的可靠性。