SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化
发表时间：2018-06-21T10:12:35.273Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：李建忠
[导读] 摘要：针对某电厂660MW超临界机组在脱硝系统投运时喷氨自动不能正常投入,无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度的问题,分析了喷氨自动控制的影响因素,对现有喷氨自动控制采取移位选取不当的烟气自动监控系统（CEMS）取样测点、调整自动吹扫/标定时间及每路进氨支管手阀的开度等进行优化,优化控制系统逻辑：主调控制回路不再修正摩尔比,副调控制回路在得到喷氨流量后加上人员手动偏置量,优化后脱硝喷氨自动调节可以长
（大唐长山热电厂发电部吉林省松原 138000）
摘要：针对某电厂660MW超临界机组在脱硝系统投运时喷氨自动不能正常投入,无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度的问题,分析了喷氨自动控制的影响因素,对现有喷氨自动控制采取移位选取不当的烟气自动监控系统（CEMS）取样测点、调整自动吹扫/标定时间及每路进氨支管手阀的开度等进行优化,优化控制系统逻辑：主调控制回路不再修正摩尔比,副调控制回路在得到喷氨流量后加上人员手动偏置量,优化后脱硝喷氨自动调节可以长时间正常投入,出口NOx排放浓度满足了环保达标排放要求。
某电厂660MW超临界燃煤机组，为满足大气污染物环保排放要求，先后对机组实施了脱硝改造，采用选择性催化还原(SCR)法进行脱硝，控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)控制，接入辅网进行操作调整。
机组脱硝系统在投入运行的过程中，由于PLC实现复杂自动控制的局限性，加之现场设备及脱硝喷氨自动控制设计的不完善，导致喷氨自动无法正常投入，完全依靠运行人员手动控制，无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度，也增大了运行人员的工作强度。下面对脱硝喷氨自动控制系统存在的问题进行深入分析并优化。
1 SCR脱硝基本原理
燃煤电厂锅炉产生的NOx主要来源于燃料型NOx和热力型NOx。根据NOx生成机理，控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。SCR技术是应用最为广泛的烟气脱硝技术，采用NH3作还原剂，烟气中NOx在经过SCR反应器时，在催化剂的作用下被还原成无害的N2和H2O。烟气中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。
要实现高效率脱硝，喷氨流量的控制至关重要。若喷氨量超过需求量，则NH3氧化等副反应的反应速率将增大，降低NOx的脱除效率，同时形成有害的副产品，即硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸氢铵NH4HSO4，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀;若喷氨量小于需求量，则反应不充分，造成NOx排放超标。由于喷氨量主要由氨流量调节阀控制，因此为保证脱硝出口NOx排放浓度满足环保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脱硝系统喷氨自动控制的品质尤为重要。
2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，同时由于PLC实现复杂的模拟量控制较为困难，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质量浓度得不到及时有效地控制，严重影响了NOx的达标排放。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。
2.1影响因素分析
a.系统延迟性。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。
b.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。
c.NOx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。
d.烟气流量计算不准。烟气流量通过燃料量计算而来，由于其参与喷氨需求量的计算，其计算的准确程度，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。
e.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。
f.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，从而影响喷氨自动调节效果;脱硝CEMS取样测点位置选取不当，可能使取样探头处于涡流区，NOx测量数值不能正确反应实际变化，这些也影响喷氨自动的调节效果。
g.控制逻辑设计不完善。PLC实现复杂的模拟量控制较为困难，原有逻辑回路无前馈信号，没有对大延迟属性进行有针对性地优化;原有逻辑对摩尔比进行偏置，对运行人员来说，画面中无摩尔比显示，偏置调整不直观。
2.2优化方法
2.2.1脱硝喷氨自动控制的优化
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，并在分布式控制系统(DCS)中利用函数修正阀门特性。
此外，也优化了控制系统逻辑，由于PLC实现复杂的模拟量控制较为困难，利用电流信号隔离器，将与喷氨自动相关的参数测点同时引入PLC与DCS中，并在DCS中对喷氨自动控制进行逻辑组态，然后将调节阀自动指令再送回PLC输出，脱硝喷氨自动的投切、给定值设定、流量偏置等与自动相关的操作仍在原辅网画面进行，仅在DCS中进行逻辑运算。
将控制逻辑引入DCS后，对喷氨自动控制策略优化，优化后主体仍采用串级回路控制，基于出口的串级控制方式。
