探究烟气脱硝喷氨自动控制回路的优化杨森

探究烟气脱硝喷氨自动控制回路的优化杨森

杨森

（大唐宝鸡热电厂陕西省宝鸡市721000）

摘要：介绍了陕西大唐宝鸡热电厂2×330MW机组的烟气脱硝喷氨自动控制回路的概况，论述了火电厂选择性催化还原法脱硝系统运行中存在着最低喷氨温度选择、喷氨频繁启/停操作及自动喷氨效果不佳的问题，分析了出现问题的原因，提出了解决方法。

关键词：喷氨全自动控制；最低运行温度；烟气脱硝；选择性催化还原法

前言我国目前新建的大型火力发电机组烟气脱硝项目大多采用选择性催化还原法（SCＲ），其原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在290～400℃下将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。随着GB13223—2011《火力发电厂大气污染物排放标准》的颁布实施以及脱硝电价的落实，对脱硝系统的自动投运提出了更高的要求，不仅要求及时投运SCR，还要求精确、经济地控制脱硝系统的喷氨量。

1优化喷氨运行温度

由于机组负荷低（一般为170MW）会导致锅炉排烟温度低于原设计喷氨温度（290℃），在继续投运脱硝时，催化剂活性呈现出非最佳运行状态，特别是在低温时，SO3与NH3反应生成的硫酸氢铵容易在锅炉空气预热器冷端局部换热面形成硫酸氢铵黏性物质，该物质会堵塞空气预热器换热元件，造成空气预热器烟气侧和空气侧进、出口差压升高且伴随波动，影响锅炉风烟系统运行安全。因而脱硝入口温度（三取二）低于290℃时，喷氨关断阀应强制关闭并停止喷氨。为争取更长的脱硝运行时间，根据日本巴布科克日立公司（BHK）提供的最低运行温度及工况对照表，依据SO2质量浓度来确定喷氨关断阀强制关闭的温度条件，在减少空气预热器堵塞风险的基础上，极大地提高了系统运行时间。

2喷氨自动调节的实现

2.1液氨蒸发自动控制回路介绍

液氨通过蒸汽蒸发槽加热生成氨气，液氨蒸发槽一用一备。通过蒸发槽液氨入口调节阀控制出口气氨压力为0.2MPa，为单回路控制；辅助蒸汽供蒸发槽入口调节阀控制蒸发槽水温在70℃左右，为单回路控制。在机组运行期间，保持2个回路一直为自动状态，停止供氨时蒸发槽液氨入口调节阀自动全关。

2.2喷氨自动控制回路介绍

脱硝装置的烟道及反应器位于锅炉省煤器后空气预器热前，氨喷射格栅放置在SCR反应器上游的位置。烟气在锅炉出口处被平均分成2路，每路烟气并行进入垂直布置的SCR反应器，在反应器里，烟气向下流过催化剂层，随后进入空气预热器。烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%。陕西大唐宝鸡热电厂（以下简称大唐宝热）的喷氨控制采用固定出口NOx质量浓度控制方式，整个控制回路为NOx控制回路和喷氨流量控制回路组成带前馈的串级控制。这种控制方式的优点是可以做到按需脱除NOx，克服整个系统的测量延时，改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。

3.初始喷氨自动控制策略

该电厂原脱硝喷氨自动控制策略是摩尔比串级回路控制，与单回路比例－积分－微分（PID）相比，摩尔比串级回路控制相对复杂，该串级控制回路由主调和副调控制回路组成。

（1）主调控制回路。利用脱硝反应时ＭＮＨ３／ＭＮＯｘ摩尔比近似等于１的原理，使用烟气进口ＮＯｘ质量浓度和烟气流量的乘积得到基本的ＮＯｘ含量，再乘以二者摩尔比便可得到氨气需求量，在满足脱硝效率要求的情况下，设置二者摩尔比为0.84，同时进行脱硝出口ＮＯｘ对二者摩尔比的修正调节（依据出口ＮＯｘ质量浓度与设定值偏差进行ＰＩＤ调节）。

（2）副调控制回路。根据修正的摩尔比计算得到所需要的氨气流量，其作为副调的给定值与氨气流量测量值的偏差经过副调调节后输出控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小，最终将出口ＮＯｘ质量浓度控制在设定值范围内。

4.喷氨自动控制影响因素分析及优化

初始逻辑设计虽然采用了较为经典的控制策略，但是设计不完善，没有考虑更多的细节，所以脱硝喷氨自动一直无法正常投入，长时间依靠运行人员手动调节，在负荷变化较大时，脱硝出口NOx质量浓度波动幅度大，自动控制经常切为手动控制，增加运行人员工作量。为解决该问题，使喷氨自动能够有效投入，达到良好的调节品质，全面分析喷氨自动控制的影响因素，并对现有喷氨自动控制进行优化改造。

4.1影响因素分析

由于脱硝反应系统及取样测量系统的延迟性，使喷氨自动控制系统被控对象的响应延迟时间在２～３ｍｉｎ，是典型的大滞后被控对象，这意味着喷氨调节阀动作后，出口NOx需要一段时间才会有变化，这使得调节的及时性受到制约。

4.1.2入口NOx含量波动大

受燃烧调整、煤质变化、负荷变化频繁及启停磨等影响，脱硝入口NOx质量浓度变化大、变化快，由于脱硝反应区入口到出口的距离短，喷氨反应有一定的时间滞后，所以反应就不完全，出口NOx也会相应快速上升，导致超调。

4.1.3NOx测量数值异常

脱硝烟气自动监控系统（CEMS）取样采用直抽法，系统处于负压状态，若取样管路有泄漏，氧量测量就会失准，导致经过氧量折标的NOx质量浓度异常；取样探头及管线堵塞，取样流量消失，分析仪表报故障，会使NOx数值失准；分析仪表吹扫／标定期间，NOx数值将保持不变，这些都会影响喷氨自动控制。

4.1.4烟气流量测量不准

烟气流量通过差压变送器差压计算而来，由于所测差压为几百帕的微压，所以安装工艺及测点位置对烟气流量测量影响很大。由于其参与喷氨需求量的计算，其测量的准确程度，将决定计算所得喷氨需求量与实际需求量偏差的大小，偏差太大，主调修正回路无法进行有效地修正调节，从而影响喷氨自动的投入及调节效果。

4.1.5喷氨流量的稳定性差

喷氨流量采用节流孔板的方式测量，其测量数值受到孔板特性的影响，同时受到氨区供氨压力的影响，供氨压力通过机械减压阀和稳压罐调节，供氨压力不稳，波动较大，使喷氨流量测量值频繁发生变化，与阀门开度对应的稳定性差，对调节回路产生扰动，影响调节效果。

4.1.6喷氨不均匀。

喷氨不均匀会引起反应器出口NOx含量分布不均匀，进而导致出口NOx测量值不具有代表性，不能正确反应实际变化，从而影响喷氨自动调节效果。

4.1.7控制逻辑设计不完善

初始逻辑采用单回路PID控制策略，但是脱硝反应是一个典型的大迟滞自动调节，所以单回路PID控制已无法满足脱硝自动调节的需求，在机组负荷波动时，出口NOx波动幅度大，不利于运行人员环保参数控制。

4.2优化方法

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；采用双回路PID的变参数控制，在PID中引入前馈信号，优化控制策略。

5.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控制很难满足现场控制要求，因此探索结合模糊控制、双回路PID变参数控制进行优化，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。

参考文献：

[1]段卫民.600MW机组烟气脱硝控制系统优化[J].自动化应用，2015（11）：43-45.

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