氨自动控制方式优化技术

董俞宏

摘 要：本文分析了超高压中间再热自然循环汽包炉CEMS系统测量不准导致氨自动控制退出的原因和处理措施，介绍了烟气连续检测系统CEMS的组成与测量分析。阐述如何确定取样位置以及完善喷氨自动PID控制逻辑；从源头解决影响氨自动控制投入的技术问题，提高脱硝喷氨自动投入率以及测量准确性。

关键词：CEMS；氨自动；PID；脱销

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.036

1 项目背景

氮氧化物对环境的污染已经成为一个同益严重的全球性问题，它对大气的影响主要有酸雨和较高的地面臭氧浓度，也参与形成空气中的飘尘。作为氮氧化物排放主要源头之一的火力发电厂进行有效的排放量控制对于保护大气环境起到至关重要的作用，使得火力发电厂必须要进行脱硝项目的改造才能满足此排放标准的要求。我厂#1、#2机组是投运超过二十年的老机组，采用上海锅炉厂SG420-13.72-M419超高压中间再热自然循环汽包炉，实行了SCR改造使得老机组焕发了新生命，然而，受到锅炉结构及项目成本限制，脱硝系统没有过多的考虑CEMS系统测量问题，投运后，出现了Nox等测量不准的难题。

2 系统结构及其所存在的问题

2.1 烟气连续检测系统CEMS的组成与测量分析

经过分析分析与论证，我厂在#1、#2机组的脱硝改造中，通过在空预器与省煤器之间直接安装脱销反应器SCR，同时在催化元件入口处设置喷氨装置来实现机组的脱销功能，并且加装一套CEMS烟气分析系统，分别抽取SCR反应器的入口和出口烟气进行采样分析，得出下图所示的一些烟气成分的参数，从而用来对实现喷氨自动控制与监视。具体的布置如下图：

当该系统投运一段时间后，脱硝烟气连续监测系统（ CEMS ）监测发现脱硝出口和入口的烟气流量、NOx 浓度波动幅度大、不规律等现象。而且脱硝烟气连续监测系统（ CEMS ）定期吹扫时，CEMS测量数据变化幅度大等，也会造成了喷氨调节门跟踪不及时、NOx 浓度超标、喷氨量过大。喷氨量太多会造成设备腐蚀以及逃逸氨的数量过高等不良影响。以上这些问题的出现会令到喷氨系统经常退出自动，脱硝率不及格等。

2.2 烟气连续检测系统CEMS的样品取樣探头选取位置不合理

我们发现#1、#2号炉的脱硝烟气CEMS是直接在反应器的入口和出口附近进行采样的，入口烟气的分析数据都比较稳定准确，所以着重分析出口的烟气取样，引起上述影响的主要是出口烟气分析出来的数据。脱硝出口CEMS抽样探头有两个，现场实际的测点安装分布如下图：

上图可知，原#1、2炉脱硝CEMS系统出口取样点因与脱硝反应区距离太近，抽取的烟气没有充分混合，因此CEMS测量的NOX波动大，也不能反映平均NOX，造成喷氨自动调节效果差，因此经常出现#1、2炉脱硝出口NOX浓度偏高，脱硝效率偏低的情况

2.3 喷氨自动系统的结构与控制过程

喷氨自动调节采用的是典型的单回路自动调节系统，具体逻辑组成如图3所示：

喷氨自动系统中，主要是手动设定脱硝率值，然后与实际测量计算的脱硝率进行比较计算，得出的值进过PID运算后直接控制喷氨调节阀来决定喷氨量的大小，实现脱销率的自动控制。PID模块中采用纯比例调节，使得系统有快速响应的特点，同时对脱硝率实测值在手动时进行自动跟踪，可实现手自动的无扰切换。此外还设有脱硝率实测值与设定值偏差大退自动，氨/空气混合比过大退自动等保护，输出阀门上下限限制等功能。

2.4 从上面的描述可以得出氨自动控制方式比较差的原因

（1）脱硝出口和入口的烟气流量、NOx 浓度波动幅度大、不规律；

（2）脱硝烟气连续监测系统（ CEMS ）定期吹扫时 CEMS 测量数据变化幅度大等，造成了喷氨调节门跟踪不及时、NOx 浓度超标、喷氨量过大。

3 提出解决方案

（1）经过讨论分析，将#1、2炉脱硝出口CEMS系统取样点后移到#1、2炉脱硫入口烟道，从脱硝出口，经过省煤器、尾部烟道、电除尘至脱硫入口，长约180米，按烟气流速22m/s，更换测点后，氨调节会出现9～10秒滞后，不影响。烟气经过锅炉尾部烟道及电除尘后充分混合，烟气中NOX浓度稳定，CEMS测量稳定，有利于喷氨自动调节，改造后大大提高了喷氨自动调节投入率，确保了脱硝效率，NOX排放浓度达到了环保要求。

原#1、2炉脱硫原烟气CEMS只测量SO2和O2两种成份，经研究分析仪与论证确认，在其分析仪内可增加测量NO相关的气室及传感器即可实现NOx的测量。

在脱硫入口处进行脱硝出口烟气的取样，烟气从脱硝出口，经过省煤器、尾部烟道、电除尘至脱硫入口，使得烟气得到充分的混合和净化，继而使CEMS分析系统测量出来的NOx等脱硝效果监测数据真实而且稳定，确保了喷氨自动调节不会再因为脱硝出口的数据测量问题而经常退出自动，同时也消除了喷氨过多等的问题。

（2）在脱硝烟气连续监测系统（ CEMS ）定期吹扫时，采取将CEMS分析仪表端进行保持处理；在CEMS 定期吹扫时，如果发生变负荷影响NOX量扰动，在恢复后会导致PID调节的波动，通过利用A、B侧CEMS吹扫校准不同步，则A侧吹扫通过B侧替代，并进行差值叠加，解决了PID调节波动的问题。

同时把出口NOX的设定值与实际值偏差大切除喷氨调节阀自动的保护值适当放大，提高了脱硝喷氨自动投入率，从而提高了脱硝的合格率。

4 结 论

在我厂#1、2机组推广应用，脱硝出口烟气取样后移到脱硫入口烟道后，烟气经过空预器、电除尘等环节的充分混合后，使得包括NOx在内的CEMS系统测量数据准确、稳定可靠，消除了原来在反应器出口取样烟气的粉尘大，NOx分布不均等造成的脱硝不稳定的影响。

后移取样点所得的NOx等稳定数据引入到脱硝自动控制逻辑中，通过修改输出低限限制，增大退自动偏差值等手段，优化了自动调节的品质，取得了良好的效果。

通过解决喷氨自动调节经常退出和脱销系统过量喷氨的问题，节约了液氨，明显减轻了空预器堵塞情况。提高了脱硝合格率，使我厂#1、2机组的烟气排污可以满足环保部最新《火电厂大气污染物排放标准》的要求。