脱硝喷氨自动控制系统现状及优化

罗相全

浙江大唐天地环保科技有限公司

脱硝喷氨自动控制系统现状及优化

罗相全

浙江大唐天地环保科技有限公司

目前国内大型火电机组的SCR脱硝控制系统由于控制策略设计不完善、控制目标不够明确、现场测量条件限制等问题，系统的自动投入率和投入效果较差，使得整个脱硝系统的运行性能受到明显影响。鉴于此，本文就脱硝喷氨自动控制系统现状及优化展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

控制策略；控制品质；预测控制

1 目前脱硝喷氨自动控制系统现状及分析

1.1 控制目标不与考核目标对应

环保部门最终对电厂进行考核核算的指标是烟囱入口处的NOx浓度测量值(由CEMS表计测得)。而目前自动调节控制目标是SCR出口的NOx，由于SCR出口NOx浓度与烟囱入口NOx浓度不论在静态关系还是动态特性上均存在着较大的差别，也使得电厂的最终环保考核结果不佳。

1.2 控制策略设计过于简单，与脱硝被控对象不相适应

根据试验情况，脱硝被控对象(NH3流量→烟囱入口NOx浓度)的响应纯延迟时间接近3分钟，整个响应过程达十几分钟，是典型的大滞后被控对象，控制系统想要获得良好的控制品质，必须以基于大滞后被控对象的设计思路进行优化。而目前普遍应用的控制策略均采用简单的PID+前馈的方案，必然无法获得良好的控制品质。

1.3 控制系统的运行过分依赖于现场测点的完好性

SCR进、出口的NOx、O2测量仪表由于长期运行在灰、尘较高的环境下，容易出现部分或整体失真的情况，且仪表的定期吹扫、标定也会使测量值瞬间突变。目前国内应用的脱硝控制策略对上述问题均无相应应对，一旦某个测点失灵特别是出口NOX测量仪表故障时，整个控制系统即处于瘫痪，系统的长期可用性明显受到影响。出现上述问题的主要原因是：目前国内的脱硝控制策略过于简单，对于煤种多变、机组负荷受AGC频繁调度、测量仪表存在失真的脱硝运行环境，则应将先进的控制技术应用到脱硝优化控制中来，才能获得满意的控制品质。

2 SCR脱硝基本原理

燃煤电厂锅炉产生的NOx主要来源于燃料型NOx和热力型NOx。根据NOx生成机理，控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。SCR技术是应用最为广泛的烟气脱硝技术，采用NH3作还原剂，烟气中NOx在经过SCR反应器时，在催化剂的作用下被还原成无害的N2和H2O。烟气中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。要实现高效率脱硝，喷氨流量的控制至关重要。若喷氨量超过需求量，则NH3氧化等副反应的反应速率将增大，降低NOx的脱除效率，同时形成有害的副产品，即硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸氢铵NH4HSO4，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀；若喷氨量小于需求量，则反应不充分，造成NOx排放超标。由于喷氨量主要由氨流量调节阀控制，因此为保证脱硝出口NOx排放浓度满足环保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脱硝系统喷氨自动控制的品质尤为重要。

3 喷氨自动控制优化措施

3.1 脱硝喷氨自动控制的优化

根据分析结果，优化现有的脱硝喷氨自动控制系统，对脱硝进出口CEMS系统全面细致检查，测点选取不当的进行移位改造；合理调整自动吹扫/标定时间及间隔时间，防止脱硝进出口CEMS装置的吹扫时间重合，最大程度保证接收的NOx、O2含量等参数的真实性；通过喷氨格栅(AIG)喷氨优化调整试验，调整每路进氨支管手阀的开度，调整不同区域的喷氨量，最终达到喷氨均匀；对喷氨调节阀进行检修，并重新调试定位，使两侧阀门开度与流量特性尽量一致，并在分布式控制系统(DCS)中利用函数修正阀门特性。此外，也优化了控制系统逻辑，由于PLC实现复杂的模拟量控制较为困难，利用电流信号隔离器，将与喷氨自动相关的参数测点同时引入PLC与DCS中，并在DCS中对喷氨自动控制进行逻辑组态，然后将调节阀自动指令再送回PLC输出，脱硝喷氨自动的投切、给定值设定、流量偏置等与自动相关的操作仍在原辅网画面进行，仅在DCS中进行逻辑运算。将控制逻辑引入DCS后，对喷氨自动控制策略优化，优化后主体仍采用串级回路控制，基于出口

3.2 主调及副调控制回路的优化

主调控制回路不再修正摩尔比，而是根据出口NOx质量浓度与其设定值的偏差经PID调节输出，直接对计算出理论所需的喷氨流量进行修正(修正范围0.7～1.3)。理论所需的喷氨流量则是由燃料量所计算出的烟气量乘以入口NOx质量浓度与出口NOx设定值之差，再乘以二者摩尔比得到氨气需求量。副调控制回路由主调回路修正后得到的喷氨流量，加上运行人员手动偏置量，作为副调的给定值，与喷氨流量测量值的偏差经过PID调节后输出自动控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小。为了减小系统迟延的影响，在控制系统中引入了变负荷前馈；另外，由于燃烧工况的变化会影响入口NOx质量浓度，当发现入口NOx质量浓度迅速上升，出口NOx质量浓度超过设定值时，调节已来不及，观察发现尾部烟道处烟气氧量测点，能提前反应入口NOx质量浓度的变化趋势，引入氧量信号作为前馈，来减少迟延与超调。

4 结束语

通过对现有喷氨自动控制系统的优化，自动调节品质虽然有了明显改善，但是随着环保标准的日趋严格，以及超低排放改造的实施，对脱硝喷氨这种大延迟自动控制系统，传统的PID控制将很难满足现场控制要求，因此探索结合模糊控制、神经网络、史密斯预估等先进控制算法进行优化，是今后学习工作的一个方向，以期找到合理的控制策略，提高控制品质，满足脱硝自动控制的要求，为脱硝系统的安全、稳定和经济运行提供保障。

[1] 韦娟，昝小舒.小型SCR烟气脱硝微机自动控制系统研究[J].制造业自动化，2016，38(09)：4-8+31.

[2] 宋益纯.优化SCR脱硝监控系统，降低脱硝运行成本[A].中国节能协会热电产业联盟.2016燃煤电厂超低排放形势下SCR(SNCR)脱硝系统运行管理及氨逃逸与空预器堵塞技术交流研讨会论文集[C].中国节能协会热电产业联盟：，2016：5.