燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化研究

熊健 杨平 曾杨

摘 要：针对目前燃煤电站应用SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式过程存在的问题，本文从實践角度出发，分析了SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式运用的基本原理，并提出了相应的优化控制对策。结果表明，只有从成本控制角度出发，才能将SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式更好地运用于燃煤电站，进而提升所处行业的可持续发展水平。

关键词：燃煤电站；SCR烟气脱硝喷氨；自动控制方式

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0121-02

引 言

燃煤电站的生产建设过程中产生的烟气，会对大气环境造成污染影响。此情况下，相关建设者应将现有的科学技术成果利用起来，即加大SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式的研究力度，以提升烟气脱硝喷氨系统运行使用的经济效益。此过程，研究人员应将优化控制的重点放在氨气流量的控制，并将以往采用的基本控制方式与SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式进行对比分析，以明确自动控制方式运用的优势所在，进而在行业市场环境中实现普及。如此，燃煤电站的生产建设就不会对所处地区的大气环境造成污染影响，有效推动了我国工业化发展建设的可持续进程。

1 研究燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化的现实意义

据权威数据统计，控制燃烧产生NOx的方法共有三种，分别是事前控制、事中控制以及事后控制。对于燃烧前的控制方式，其具有造价成本高的特点，因此，很少应用于实际燃烧电站的控制。燃烧过程中的控制是指，通过改进生产工艺与燃烧方式，来降低NOx的生成量。这里的燃烧方式改进是指，低NOx的燃烧技术。该技术虽然使用造价低，但在炉内低氮燃烧技术方面存在局限，无法达到控制NOx的预期效果。就目前的市场环境来看，新建的大型火力发电机组大多采用SCR方法，即将氨类还原剂喷入烟气，以利用催化剂将烟气中的NOx转化为H2O和N2。然而，生产建设的可持续需求不断增加，SCR法的应用不仅要保证烟气排放达到标准，还应增强脱硝系统运行的可靠性、经济性以及连续性。为此，研究人员应在明确燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制系统基本运行原理的情况下，对自动控制的安全可靠性进行优化，以实现所处行业发展建设的可持续性目标[1]。

2 燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制的基本原理

某燃煤电站应用的SCR脱硝系统还原剂为，99.5%纯度的液氨。实际设计大多采用一用一备两套蒸发系统、储存与卸氨系统。而氨液制备区的系统组成为：液氨储罐、卸氨压缩机、氨气缓冲罐以及氨气吸收槽等。由于脱硝装置反应器与烟道处在锅炉省煤器后空预器前，因此，氨喷格栅应设置在SCR反应器的上游位置。对于锅炉的出口位置，脱硝反应器能够将烟气均分为两路，且每路烟气以并行状态进入一个垂直布置的SCR反应器内部。此运行过程，每台锅炉应配备两个反应器，以使反应器内部的烟气能够向下流至催化剂层、均流板，随后流入回转式的空气预热器与经典除尘器中[2]。如此，就可通过烟囱排入大气环境。

上述系统运行主要的化学反应方程式为：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

由此可以看出，燃煤电站运行产生的烟气NOx是由NO与NO2组成的，经统计分析，前者约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%。由此可以看出，脱硝反应的主要反应方程式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O，其特性主要体现在三个方面：①NH3与NO的反应摩尔比接近1；②反应环境温度在300～400℃以内；③O2需要参与到脱硝反应中。

3 优化燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨的自动控制策略

要想实现燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨的自动控制目标，需将氨气流量作为重点优化对象[3]。

脱硝系统运行控制环境中，氨气流量控制大多采用基本控制方式，即固定摩尔比控制。该控制是在脱硝效率与催化剂脱硝能力保证的情况下实现的，系统能够按照固定氨氮摩尔比进行烟气中NOx的脱除处理。具体的控制过程，先要设定值可调的单回路控制系统，以使系统回路起到易于整定与调试的作用。但在经济方面，因存在过度脱氮问题，所以，会增加燃煤电站运行控制的造价成本。如，氨气流量的计算，可通过温度与压力进行密度修正，并将计算结果作为单回路PID控制的测量值。此过程，氨氮的摩尔比，可通过手动设定，或是结合给定的脱硝效率进行计算确定。这里的氨气流量设定值，应采用以下方式进行计算：①NOx=总烟气量×SCR入口NOx浓度；②NH3=NOx×氨氮摩尔比。

此外，基本控制方式运用过程中的函数发生器，可通过进入炉膛的空气量，来计算烟气的流量与NOx的含量。此过程，函数发生器主要用于烟气分析仪故障状态下，保证脱硝系统运行的连续性。与此同时，该控制方式在燃煤电站中的运用，可引入烟气流量，作为系统的前馈信号，进而为调节变负荷系统运行提供条件[4]。

为提升基础控制方式运用的经济性，相关人员应根据火电厂大气污染物的排放标准，对不同时段的发电锅炉与燃气轮机组氮氧化物排放浓度进行限值控制。如此，就可在控制好脱硝系统出口NOx的浓度情况下，达到预期的排放标准。此控制方式的优化，不仅能够降低氨气的用量，还能有效控制脱硝的运行控制成本，被业内人士称为固定出口NOx含量控制方式。当此控制方式作用于实践，不仅能够按照预期目标脱除NOx，还能将脱除的NOx浓度设定一个值。由于控制方式使用逻辑较为复杂，因此，系统运行的调试与整定非常困难。

燃煤电站的SCR烟气脱硝系统的整个控制回路，是由两方面组成，即基本控制回路与辅助控制回路。前者的喷氨自动控制模式与固定摩尔比方法相似，差异在于氨氮摩尔的设定值计算，即固定摩尔比的氨氮摩尔比是一个定制。而运用基本控制回路方式进行氨氮摩尔比控制，则是一个变化的值。该回路控制因引入了反应器出口NOx浓度，所以，能够氨气流量经温度与压力的密度修正后对回路的测量值进行优化控制。这里的氨氮摩尔比是指，脱硝效率函数。燃煤电站的SCR烟气脱硝系统运行控制效率，可通过计算反应器出口的NOx含量与给定的反应器出口NOx含量进行获取。如此，就可清晰燃煤电站SCR烟气脱硝系统控制回路中氨氮摩尔比与脱硝效率之间的关系。

经过上述控制方法优化的脱硝喷氨自动控制，与固定摩尔比相同，同样引入锅炉负荷或机组负荷作为前馈信号。但实践运用后，不仅增强了变负荷系统调节的及时性，还弥补反应器和烟气分析仪的时滞局限问题[5]。

4 结束语

综上所述，燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制，需从经济成本角度出发，即在明确SCR烟气脱硝喷氨自动控制运用基本原理的情况下，对现有的基本控制方式进行优化。即采用固定摩尔比设定值的计算方法，来控制反应器中的NOx浓度。事实证明，只有这样，才能将燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨的自动控制效果充分发挥出来，进而强化行业发展的质量效果。故而，相关建设者应将上述分析内容与科研成果更多地作用于各类燃煤电站的烟气脱硝生产过程当中，进而服务于现代化经济建设的全面发展进程。如此，人们就可在良好的气候环境中进行现代化建设，最终实现可持续发展目标。

参考文献

[1]刘宇鑫，梁红雨，李修成.SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化[J].吉林电力，2017，45（01）：50～52.

[2]廖 鹏，潘维加.变论域模糊控制器单元机组SCR烟气脱硝控制研究[J].计算机测量与控制，2017，25（01）：84～87.

[3]孙 岩.1000MW机组SCR烟气脱硝自动控制方式优化[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2016，21（01）：81～84.

[4]昝小舒，李宇建，马 标.一种可扩展的小型SCR烟气脱硝喷氨控制系统及优化控制方法[J].新技术新工艺，2015（11）：56～61.

[5]毛奕升.烟气脱硝喷氨自动控制回路的优化[J].华电技术，2014，36（08）：65～67.

收稿日期：2018-6-21

作者简介：熊 健（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事火电厂烟气脱硝定制化技术方面工作。