火力发电厂脱硝自动控制系统优化研究

郭 维

（国家能源集团花园电厂，新疆 哈密 839000）

0 引言

气态氮氧化物是火力发电厂生产过程中所产生的一种污染物，在排放过程中遇高温则发生反应，并产生光化学烟雾和酸雨。这不仅会对空气造成严重的污染，同时还会带来严重的经济损失。而脱硝技术则是运用脱氮技术、氮燃烧技术以及烟气脱硝技术，对氮氧化物进行处理，以此来降低氮氧化物的排放量，改善了空气污染情况，同时提高了火力发电厂的运行效率。

1 脱硝的工艺流程及特点

目前使用的火电脱硝技术主要分为2 种，一种是非催化还原技术，另一种是SCR 技术，而脱硝处理工艺是治理和减少污染物的一种有效方式。对其燃烧过程进行划分，可以分为燃烧前脱硝阶段、燃烧中脱销阶段和燃烧后处理阶段。首先，燃烧前的脱氮技术运用的方法是提纯，重点将氮元素转化为化学反应之外的元素，不参与反应，用科学的手段降低氮排放量，实现净排放。其次，燃烧中的氮氧化物处理方法运用的是分级、贫氧和烟气再循环等技术，主要目的是降低该污染物的生成，最后对排放前的废气进行处理。

其中，我们以SCR 尿素脱硝工艺为例，具体分析其工艺流程和特点。SCR 脱硝工艺主要包括2 种方法，一种是热解法，另一种是水解法[1]。热解法是通过对气态氮氧化物进行加热和雾化，得到固态或液态的尿素，而在加热过程中纯尿素会产生大量氨气，为SCR 尿素脱硝技术提供动力。水解法是以水溶解的方法对尿素进行液态方式的分离。而火力发电厂一般使用的是热解法，这种方法和水解法的区别在于其不会产生聚合物，从而减少了工艺流程和步骤，同时降低了运行成本。

1.1 脱销的工艺流程分析

下面以火力发电厂普遍运用的尿素热解法为例，对其工艺流程进行分析。所谓热解法就是通过对尿素的加热分解和分层次吸收、反应等，降低氮氧化物的排放量。如运用除盐水固体尿素进行溶解，从而得到质量分数为50%的液态尿素，并通过混合泵将其传送到中期运行和反应阶层，使用给料泵和分配装置，以及质量检测和雾化设备，对稀释过的空气进行加热，并与所得到的液态尿素进行融合，从而对液态尿素进行分解，产生氨气和二氧化碳，通过氨气的提炼、分离和喷射，使其与气态的氮氧化物进行反应，最终降低氮氧化物的排放量，减少气体中氮的含量，实现火力发电厂自动脱销的目的。

1.2 脱销工艺的特点

对于SCR 尿素热解法脱硝工艺来说，主要是使氮氧化物与氨气进行反应，从而降低氮的含量。该工艺流程和运行过程不会产生聚合物，同时操作便捷，能够突出自动化控制系统的作用，整个流程耗时较短，资源耗费程度不高，同时各设备的密封性良好，降低了工艺流程当中氨泄漏的风险[2]。此外，尿素热解法脱销工艺流程中，机组负荷反应力和灵敏度较强，能够促进整个流程的运作，综合以上工艺特点，可以知道尿素热解法脱硝工艺具有较强的安全性与实用性。

2 火力发电厂脱硝自动控制系统中存在的问题

在SCR 脱硝自动控制系统的运行过程中，也必然存在一定的问题和不足之处。而其中影响脱硝自动控制体系构建和运行的因素涉及多个层面，主要体现在内在因素和外在因素2 个层面。

2.1 外在因素

外在因素包括测量仪表故障、操作人员技术水平不高、操作不规范，以及锅炉系统、设备等问题。例如测量仪表主要分为3 个部分。1）入口处的氮氧化物浓度检测仪。2）出口处的氮氧化物浓度检测仪，氨气排量及相关测量系统。3）出口与入口的氮氧化物浓度差异检测仪表等。如果其中的任意测量仪表出现故障，则会直接影响火力发电厂脱硝自动控制系统的良好运行。

2.2 内在因素

内在因素主要是指火力发电厂脱硝控制的方法，如SCR尿素脱硝工艺流程运行过程中，出口处的氮氧化物浓度与入口处氮氧化物浓度的相符性和差异。再如固定摩尔比，将氨氮摩尔比设为固定值，并通过与测量入口的氮氧化物浓度和烟气流量的对比，结合氮氧化物的实际浓度计算出反应所需的氨气量，通过相应的措施控制和调整阀门，实现固定量氨气的流通。

SCR 脱硝自动控制方法在实际运行的过程中也存在一些类似的问题。下面举2 个例子进行说明。1）控制方法整体设计不完善，工艺流程的实施与运作缺乏精细化管理，同时总体方案规划也存在不规范性，如果操作过程中发生突发情况并存在不可控风险因素，那么就会影响操作方法的良好运行，对相应对象的控制效果就会不明显。2）SCR 像素热解法脱硝方式只是针对入口处的氮氧化物浓度进行检测，并计算氨气的供应量和需求量，通过调节和控制实际的氨气流量，来降低污染物气态氮含量。整个过程忽略了对烟囱入口处的氮氧化物浓度的控制和调节，这样不仅提高了控制方法的操作难度，增加了资源耗费量，同时还偏离了环保考核的目标。

3 火力发电厂脱硝自动控制系统优化措施

环保局对火力发电厂脱销后的氮氧化物含量的控制范围和标准设定为脱硝后NOx的含量在50 mg/Nm3～90 mg/Nm3，而脱销效率以及脱销后的氮氧化含量，从概念的角度来讲存在差异性。如公式（1）所示，脱销效率的计算法方法主要是与脱销前含量进行对比。

所以这就导致火力发电厂对脱销自动控制系统的设置出现纰漏，自动控制系统运行效率与实际预期有较大差异，进而导致无法达到脱销标准。基于此，我们应当全面考量脱销自动控制系统的优化措施，并具体问题具体分析，找出科学、合理的解决方法，优化控制系统，提高脱销效率，促进火力发电厂的良好运营与发展。

3.1 机组停机重置参数值

通过以上对脱硝自动控制系统中控制对象的原设定参数，以及实际运行参数的比值存在差异性的问题进行分析后可以发现，我们应当从控制对象入手，将原定脱硝效率的比值范围，转变为NOx的含量。通过技术停机对相关参数进行重新设置，并严格参考环保局对火力发电厂脱硝效率的要求，使脱硝工艺流程运行过程中的实际考核参数与原定参数相符。这样既可以全面优化脱硝自动控制系统，同时也可以提高对组态控制对象的控制效率。

3.2 调整供氨调节阀门，优化脱销自动控制系统

对于氨气流通调节阀门的设定来说，首先应当解决脱硝系统运行过程中出现的阀门死区偏大的问题，例如LIMITORQUE 电动执行器可以将其死区范围调整为1%～5%，默认值设定为2%。那么为了避免调节阀门死区偏大，应当以默认值2%为标准，将其降低为1%，从根本上提高氨气流量调节阀门的灵敏度和反应效率。此外，由于氨气调节阀门与过滤器有着直接的联系，所以应当在脱硝自动控制系统运行过程中及时清理过滤器，以此来保证氨气调节阀门的运行速率。另外，在对氨气流量进行调节和控制的过程中，应当全面重视入口和出口处的氮氧化物的浓度参数，通过增加出口处的氮氧化物浓度调节系统，对整体控制算法进行全面调整与匹配，同时契合机组指令，降低出入口的氮氧化物浓度差异，并及时计算出氨气的需求量，实现调节阀门的有序运行。

3.3 加强现场烟气监测仪的自动维护功能

火力发电厂在运行脱硝自动控制系统时，很容易出现多方系统不协调和不匹配的状况，从而导致脱硝工艺流程运行不畅。针对这一问题，我们要重点考虑烟气监测区域和自动控制系统之间的协调性和匹配性。而想要对两者进行集成，势必会增加成本，同时也会导致停机时间较长，因此，从根本上来讲，该方法不具备较强的实用性和可行性。我们可以考虑DCS 组态逻辑功能。具体的实施方法是在烟气监测仪处于自我维护状态时，DCS 系统会及时感应并上报输出的数据，而输出的NOx存在不真实性，因此，脱硝自动控制系统要停止相应的调节功能，并将烟气监测仪表与氨气供应调节阀门进行融合，之后重新设置阀门开度。这样在实际运行过程中，自动调节系统就会根据监测仪表呈现出的自我维护状态，将调节系统设置为开启。这样一方面降低了监测仪表状态转变对火力发电厂脱销自动控制系统的影响。另一方面也提高了脱硝自动控制系统的运行效率。

3.4 现场设备的故障处理与改进方法

在火力发电厂脱硝自动控制系统运行过程中，必然会存在设备故障问题，因此，我们应当从以下2 个方面进行优化与改进。1）改进氮氧化物的测量系统，通过安装精滤和除湿等装备，降低其他元素对氮氧化物分析检测系统的影响。2）优化吹扫系统，因为原有数据在吹扫过程中会发生改变，所以应当对系统程序进行修改和调整，确保测量参数数据的有效性和真实性。

4 结论

综上所述，脱销自动控制系统是火力发电厂正常运营与发展的关键，是对火力发电厂产生的氮氧化物进行处理的一种系统，其不仅要满足我国环境保护政策的需求，同时还要降低火力发电厂的运营成本，提高脱硝自动控制水平，控制氮氧化物的排放量，降低液氨的消耗量，为环境保护和火力发电厂的高速运营提供保证。因此，火力发电厂要认识到脱硝自动控制系统的重要性，深入探究其中存在的问题和影响因素，并采取针对性和有效性措施，将脱硝技术落实到实处，从根本上降低氮氧化物的排放量，实现火力发电厂的绿色发展。