660MW燃煤机组SCR智能优化控制策略应用与研究

吴可泽

摘 要 目前国内火电厂烟气脱硝技术普遍采用成熟的SCR选择性催化还原方法。脱硝装置一方面降低了机组烟气的NOx排放浓度，另一方面过量的喷氨不但不能进一步降低NOx排放浓度，相反会导致过量的氨气逃逸，造成下游设备的腐蚀、堵塞，使得维护费用和工作量显著增加。为了控制排放指标，火电厂采取了一系列技术措施，包括增容提硝改造、低氮燃烧器改造、增加催化剂层等，但是其控制仍然采用传统的PID控制，回路较为简单。在当前超低排放背景下，喷氨流量较以往大幅提高，这就需要更好的控制策略来减少喷氨量的波动，降低对下游设备的影响。本文旨在介绍一种基于SCR智能优化控制策略在浙能兰溪电厂的应用实例。

关键词 SCR;智能控制优化;动态模型

1设备概况

浙能兰溪电厂#1机组采用选择性催化还原法（SCR）工艺，采用液氨作为脱硝还原剂。选择性催化还原法（SCR）是在催化剂作用下，用选择性还原剂（液氨或尿素）将NOx还原为无害的氮气和水蒸气，是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术。

优化前SCR控制采用传统的PID控制策略，功能较为简单，以控制SCR出口NOx浓度为最终控制目标，喷氨量作为调节手段，分A、B两侧进行控制。由于控制对象滞后性较大，随着锅炉负荷、煤质等的变化，烟气进入SCR的NOx浓度变化范围较大，容易造成喷氨的过喷或欠喷，大大增加了氨逃逸，威胁到锅炉的安全运行[1]。

2SCR智能优化控制策略介绍

SCR脱硝装置智能优化控制系统，采用对CEMS的测量信号通过关联模型和分析评估来确定数据有效性后，在合理的應用多变量动态模型的基础上，实现优化控制策略，有效地解决了闭环控制的可靠性问题，提高脱硝控制品质。

原控制策略下，当喷氨出现超调及时，只能讲控制回路撤到手动操作，通过手动设定喷氨阀开度来控制喷氨量，这样的设计对操作人员不够直观，且不利于回路的工程调试。

改进后的设计如图1所示：

在原控制回路上增加一个RMST功能块，该功能块可以跟踪之前的数值，也可以由操作人员进行设置。当ON/OFF开关置ON时，保持原先的串级控制回路状态;当ON/OFF开关置OFF时，主回路（脱硝率控制回路）变为跟踪模式，此时的副回路SP（设定值）由操作人员手动设置。

同时增加iSCR操作量的切换设计，当投入iSCR时，喷氨量设定值由原有的PID主回路输出切换到iSCR输出，原有的流量控制副回路PID依旧在自动状态。切换时，能做到无扰设计。为判断iSCR运行状况，还增加了心跳信号。如果iSCR运行正常，程序会向DCS发送周期脉冲信号。如果脉冲中断超过1个周期时，会终止所有回路的闭环控制，无扰切换到原DCS控制[2]。

3多变量动态模型的建立

SCR智能控制通过分析进出口NOx浓度、启停磨煤机及机组喷氨策略，根据大量测试数据，建立多变量动态控制模型。

模型考虑多重因素对控制的影响，比如负荷大幅度变化和启停磨煤机，都会造成SCR进口NOx幅度的快速变化，此时如果喷氨量大幅变化，就很容易造成氨逃逸。这种过程，如果有合理的负荷模型，再加上模型预测的轨迹调整，可以使氨逃逸降至最低。

为实现多变量控制方式，控制器采用了模型预测算法。模型预测算法包含预测模型、滚动优化和反馈校正三个主要部分。其原理框图如图2所示：

4实施效果检测

比较同一时间段的优化投撤对比图，如图3所示，图中蓝色曲线表示喷氨量，红色表示出口NOx浓度，粉色表示负荷，绿色为优化投入信号。从系统投入前后曲线，可以看到优化效果明显。

统计数据如下表：

可以看到#1机SCR投入优化控制后，SCR出口NOx控制品质有了明显的提高，出口NOx浓度标准方差修正前减少了43.8%，修正后减少了59.9%。喷氨量变化率的标准方差较投入前减少了58.2%，优化效果明显。

5结束语

由于SCR进口NOx时刻在变化，控制系统的不稳定会造成液氨的浪费并影响催化剂的寿命，通过SCR智能优化控制系统的应用，可以满足环保脱硝率范围内，控制出口NOx浓度满足要求，并通过模型预测等手段提高SCR烟气脱硝装置的可靠性，提高脱硝自动控制品质，同时应用多目标控制策略，可以有效减少环保排放超标率和氨逃逸率，降低空预器被硫酸氢氨堵住的风险，为SCR烟气脱硝装置的长久经济运行提供了可靠的保障。

参考文献

[1] 马孝纯，段跃非，朱亚波.锅炉脱硝SCR法的控制策略研究[J].电站系统工程，2013（1）：65-66.

[2] 牛玉广，潘岩，李晓彬.火力发电厂烟气SCR脱硝自动控制研究现状与展望[J].热能动力工程，2019（4）：1-9.