火电厂 SCR脱硝喷氨自动控制策略探讨

火电厂 SCR脱硝喷氨自动控制策略探讨

曹政

大唐环境产业集团股份有限公司沈东项目分公司 辽宁省沈阳市 211100

摘 要：因为NOx是一种严重的污染物，所以根据我国经济的发展以及生存环境的要求，对污染物NOx的排放量应该严格的控制。SCR脱硝技术是火电厂最常用的办法，主要是为了控制NOx的排放。但是，氨气将会均匀的喷入反应器是使用这种方法会出现的最大的问题，并且氨气逃逸率高导致锅炉在运行中空气预热器差压上升、喷氨浪费严重的问题都会出现在超低排放改造之后，更严重的是，传统的喷氨技术已经很难满足锅炉烟气流场改变的需要。为了使锅炉安全稳定的运行，我们需要提高将氨气均匀喷入反应器的技术，减少氨气的逃逸。

关键词：火电厂；SCR；脱硝喷氨；自动化；控制策略

1 工程概述

在工程脱销过程中，一般选用催化还原法，用尿素作为还原剂来热解氨气。这是某一个电厂2×660MW超临界燃煤机组常用的办法。当喷氨自动控制系统的设计出现漏洞时，会导致已经投入运行中的2台机组脱硝系统无法正常的工作。所以对于脱销喷氨自动控制系统中可能出现的问题，我们一定要精细准确的分析并且提出相应的处理办法。

2 SCR脱硝系统基本原理

SCR反应器内烟气中的NOx是一种氮氧化合物，在SCR技术中一定要脱除，必须将NH₃设定为还原剂。除此之外，严格控制喷氨流量对于实现高效率脱硝也起着重要的作用。如果需求量小于喷氨量，就会导致NOx的脱除效率大大减少，并且将会产生腐蚀性较强的物质。但是，如果需求量大于喷氨量，那么就会造成NOx与NH₃反应不足，进一步使得NOx排放量超标，这样就无法满足我国生存环境的要求。

PID加前馈是该电厂原来的脱硝喷氨自动控制策略的调节方式。工作人员将机组负荷乘以SCR入口的NH₃含量计算出氨气的消耗量，进一步计算将得出尿素喷量的设定值。当然，最重要的是，增加“脱硝效率”比例修正环节，是因为考虑到参与运行的人员，进行闭环控制的是尿素的流量，进行开环控制的是SCR反应器内烟气中的NOx。

3 SCR脱硝控制系统特性分析

SCR脱硝控制系统具有特殊性，并且系统对象的动态特性受结构特性的影响。在催化之前一切控制对象的调节都不会产生变化的原因是没有发生任何的化学反应。SCR脱硝控制系统具有大迟延、大惯性的特点是因为在反应器催化剂层中充分反应的过程中是需要一定的时间，而且，测量化学仪表上的数据与内部的处理换算时也会产生停滞。

众多电厂在成产过程中，为了有效固定氨氮摩尔比脱除烟气中NOx排放量，一般采取设定值可调的单回路控制系统的方法。运用这种方法可以按照需求脱除NOx，比较容易调试和整定控制回路。缺点就是控制逻辑比较复杂，在控制过程中可能过度脱氮，进而增加了运行成本。面对具有特殊性的控制对象来说，常见的控制方案有串级控制、前馈-反馈控制、SMITH预估控制等。但是，因为脱硝系统的控制对象比较复杂，所以通过一系列的分析得出，提高系统控制快速性、准确性的最合理的方案是引入合适的前馈-反馈控制回路。SMITH预估方案对于对象模型的建立方面很难实施；串级控制方案的应用是有一定的条件，必须运用在减温水系统或者是给水系统这样的相对较大的系统中才能发挥更大的作用，但是，因为化学仪表有时会发生停滞，所以在反应器中增加中间点时化学仪表很难做出反应。综上所述，引入合适的前馈-反馈控制回路是最好的方案。

在控制方式中，前馈信号也有好几种，比如：锅炉负荷或机组负荷、烟气流量信号等。但是如果我们能够将计划耗氨变化量的信号作为前馈，那么，我们更容易将调整调门提前动作达到平稳的目的。

4 喷氨自动控制存在的问题

相同“脱硝效率”的不同负荷，有着不同的稳定运行状态。因为不能准确的测量烟气量，就导致了氨耗量计算的不准确，从而使得氨设定值计算量不精确。当出现高负荷时，影响设备安全运行的因素有尿素设定值计算量大，空预器结晶堵塞，测点堵塞；当出现低负荷时，因为氨设定值的计算量比较小，所以运行人员可以通过手动干预来增加“脱硝效率”。

当出现变负荷NOx排放量超标时，是因为机组呈升负荷或者降负荷时，控制方案与负荷变化引起的SCR入口的NOx含量的变化没有呈正相关变化。

在控制系统的反馈中，闭环控制如果不是SCR出口的NOx含量信号参与的，那么将会导致NOx的变化范围变广，而且因为负荷、燃烧、烟气含氧量等参数影响较大，所以机组运行效率的提高和环保指标的满足都很难。

5 喷氨自动控制优化方式

5.1喷氨自动控制优化设计方案

原控制系统氨气耗量的计算将用综合优化控制氨气耗量计算所代替，而仍然采用原系统设计的是尿素流量控制。

5.2 喷氨自动控制优化算法

符合机组运行要求的氨气耗量是通过采集DCS上机组负荷、目标负荷、入口延期含氧量、风量、入炉煤量、入口NOx含量以及出口NOx含量等数据用编程的方式计算出来的脱硝系统的关键控制量，而且为了最终达到SCR出口NOx控制质量提高的目标，使用PLC编程是可以实现该优化的算法，并且依据机组实际运行参数进行优化和调试。

通过采集DCS上机组负荷、目标负荷、入口NO_x含量、出口NO_x含量、入口烟气含氧量、风量、入炉煤量等数据以编程的方式计算出脱硝系统的关键控制量———符合机组运行要求的氨气耗量，PLC编程实现该优化算法，与机组实际运行参数优化调试，最终实现提高SCR出口NO_x控制质量的目标。

1）在不同稳定负荷的条件下，将会出现NOx排放量差别较大和与目标排放值差距较大等问题。为了适应在不同负荷情况下尿素总需求量的计算，我们应该重新设计负荷的修正系数以及SCR入口NOx含量的系数。与此同时为了保证在不同的稳定负荷状态下，我们应该引入反馈，并且应该在小范围内调整尿素总需求量的计算结果，保证将脱硝效率设置在（60±5）％之间时，SCR入口NOx的排放量将保持在50mg／Nm³以内。

不同稳定负荷下，NO_x排放量差别较大以及与目标排放值差距较大的问题，通过重新设计负荷的修正系数以及SCR入口NO_x含量的系数，以适应在不同负荷情况下尿素总需求量的计算，同时引入反馈，在小范围内对尿素总需求量的计算结果进行修正，从而保证在不同的稳定负荷状态下，运行人员将脱硝效率设置在（60±5）％范围内时，NO_x的排放量维持在50mg／Nm³以内。

2）空预器入口氧量随着SCR出口处的NOx排放量变化，并且空预器入口氧量的动作提前于NOx的排放量，这是变负荷的表现形式。所以，如果我们将变负荷时对尿素总需求量计算值的一个修正设定为空预器入口处的氧量，那么在变负荷状态下脱硝系统的响应速度将会大大提高。

5.3 喷氨自动控制优化效果分析

优化改造投运已经进行了五个月，在这五个月中，SCR的运行一直很稳定，优化改造并没有对此造成任何的运行问题。同时，SCR出口NOx的排放量达到了国家排放量的标准，而且大幅度的减少了喷氨逃逸率，实现了喷氨控制系统的精确提高。

结束语

综上所述，在SCR区喷氨自动控制系统在投入使用的过程中，氨逃逸、烟气量、氮氧化物参数等这些外部影响因素都是导致SCR区喷氨自动控制系统不准确的因素，因此我们需要及时的调整和维护。管路堵塞是调阀前供氨流量不准确的原因，而且喷氨自动控制系统失灵也有可能是喷氨调阀位置的堵塞所导致的。

参考文献

1. 崔殊杰.脱硝超低排放改造后的问题分析及解决措施[J].电力安全技术，2018，20(12):15-19.

作者简介：曹政（1992—），男，汉，本科，天津蓟州，助理工程师，研究方向：烟气脱硫。