南京龍源環(huán)保有限公司 周 宇

脫硝SCR儀表及控制方案分析

南京龍源環(huán)保有限公司 周 宇

當前，我國火力發(fā)電廠煙氣脫硝主要采用選擇性催化還原法脫硝技術（即SCR），通過對煙氣進行脫硝處理，減少煙氣中的NOx，保護大氣環(huán)境。在整個控制系統(tǒng)中，脫硝SCR儀表發(fā)揮著不可替代的重要作用，所以應加大對脫硝SCR儀表的分析研究，積極優(yōu)化脫硝SCR控制方案，不斷提高脫硝SCR控制水平。本文分析了脫硝SCR儀表選型，闡述了脫硝SCR控制系統(tǒng)。

脫硝SCR儀表；控制方案

近年來，我國可持續(xù)發(fā)展理念持續(xù)深入，繼硫氧化物、粉塵以后氮氧化物成為火電廠煙氣治理的重要內(nèi)容，脫硝SCR具有脫硝效率高、技術成熟等特點，受到廣大火電廠的青睞。為了進一步提高脫硝SCR控制系統(tǒng)的使用性能，應注意脫硝SCR控制中的各項問題，選擇合適的脫硝SCR儀表，采用高效的控制方案，確保脫硝SCR控制的穩(wěn)定性。

一、脫硝SCR儀表選型

結合脫硝SCR工藝檢測工況，脫硝SCR儀表應符合相關導則和標準，根據(jù)現(xiàn)場工況選擇防爆和非防爆產(chǎn)品，防爆產(chǎn)品需通過中國相關產(chǎn)品的防火防爆認證，加強和供貨商的交流溝通，做好充分調(diào)研，選擇優(yōu)質(zhì)的脫硝SCR儀表產(chǎn)品。煙氣脫硝SCR中，液位、流量和壓力測量選擇智能液位/差壓/壓力變送器，這些設備包含Profibus PA或Hart等接口，如3051系列、SITRANS等。氣動調(diào)節(jié)閥控制選擇ABB、西門子、FISHER、Azbil等智能閥門定位器，超聲波液位計選擇有防爆認證的、有Profibus PA或Hart接口的兩線制產(chǎn)品。氨流量計選擇有防爆認證的、有Profibus PA或Hart接口的產(chǎn)品。氣動開關閥門選擇包含配套選擇有防爆認證的電磁閥等。熱電阻、熱電偶根據(jù)需要選擇防爆及非防爆產(chǎn)品。此外還需要配置氨泄露報警儀（防爆）。

二、脫硝SCR控制系統(tǒng)

脫硝SCR控制系統(tǒng)包含還原劑、除灰、吹灰系統(tǒng)、SCR反應器區(qū)等控制，分為火災報警系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護、順序控制系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。當前，火力發(fā)電廠脫硝SCR裝置主要設置在空氣預熱器和鍋爐省煤器之間，該位置為高灰段，制備區(qū)布置和還原劑存儲比較獨立，對于脫硝SCR控制系統(tǒng)，應合理劃分控制功能，布置不同區(qū)域儀表。SCR區(qū)的所有儀表及設備控制和反饋信號進入主機SCR DCS，SCR DCS安裝在主機電子設備間，SCR DCS集中安裝利于維護和管理。制備區(qū)和還原劑存儲區(qū)設置遠程SCR DCS站，最終接入主機DCS。脫硝SCR系統(tǒng)由SCR DCS系統(tǒng)進行控制，SCR控制系統(tǒng)作為機組DCS系統(tǒng)的一部分，運行人員直接通過集控室中的DCS操作員站對脫硝SCR系統(tǒng)操作。

結合SCR反應器出口氨逃逸量、進出口NOx濃度、鍋爐煙氣溫度、煙氣流量等參數(shù)，脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)對噴氨量進行自動調(diào)節(jié)。脫硝SCR噴氨量控制原理圖，如圖1所示。

圖1 脫硝SCR噴氨量控制原理圖

1.煙氣流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)主要是根據(jù)煙氣流量有效控制噴氨量，所以煙氣流量測量的穩(wěn)定性和準確性對于噴氨量控制效果有著直接影響。當前，煙氣流量測量主要根據(jù)噴氨格柵阻力、DCS的鍋爐總風量、主蒸汽流量信號或者熱量需求信號、DCS的燃料量、DCS的鍋爐負荷等，計算煙氣流量，或者設置煙氣流量測量設備、機翼型噴氨格柵，對煙氣流量進行測量。

2.氨流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)在實際應用中，其對于氨流量測量的要求非常高，經(jīng)過溫度和壓力修正，科學計算氨流量。當前，很多火電廠的脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)引入質(zhì)量流量計，在計算DCS時，不用進行密度修正。

3.O2和NOx測量

O2測量可采用電化學分析法、氧化鋯法、順磁法，其中電化學分析法和順磁法應用比較廣泛。在測量NOx時，運用紅外吸收儀表，采用非分散紅外測量法，對煙氣進行直接抽取測NOx，這種方法需要提前設置預處理系統(tǒng)，通過提高伴熱溫度，縮短伴熱管線長度，設置專用伴熱管線橋架等措施，提高控制測量準確性。O2和NOx信號首先進入脫硝CEMS系統(tǒng)中，然后從脫硝CEMS系統(tǒng)通過硬接線方式將O2和NOx信號輸送到SCR-DCS中，實現(xiàn)有效控制和準確計算，并且連接環(huán)保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口。

4.控制方案

以出口NOx濃度為主調(diào)節(jié)器設定值，以出口NOx濃度測量值為被調(diào)量，經(jīng)過PID運算，得出噴氨量，副調(diào)節(jié)器設定值為噴氨量，氨流量測量值和噴氨量的差值經(jīng)過PID運算以后，獲取相關指令用于調(diào)節(jié)噴氨調(diào)節(jié)閥。考慮到催化劑、反應器、脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)存在明顯滯后，所以在噴氨量串級控制系統(tǒng)設計前饋回路，根據(jù)進出口NOx濃度和煙氣流量，計算噴氨量和NOx脫除量，對機組負荷變化進行快速響應。

5.PID參數(shù)優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器積分時間應控制約200s，主調(diào)節(jié)器積分時間控制在300s左右，并且在現(xiàn)場優(yōu)化或者整定氨區(qū)蒸發(fā)器PID參數(shù)。

6.定值優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)投運以后，結合火電廠實際運營要求和脫硝SCR系統(tǒng)運行情況，準確核定和優(yōu)化廢水池液位、除灰控制時序、吹灰控制時序、報警限值、控制系統(tǒng)設定值等控制參數(shù)。

7.SCR出口NOx控制優(yōu)化

若機組負荷變化比較大，回路參數(shù)沒有經(jīng)過整定、回路參數(shù)設計不合理、前饋控制回路設置不科學以及沒有考慮噴氨量受煙氣流量變化的影響等，這些都會造成控制系統(tǒng)跟蹤性能較差或者SCR出口NOx濃度波動較大。控制系統(tǒng)對機組負荷變化保持良好的跟蹤性能，這需要設計噴氨量和理論計算噴氨量保持一致，所以應優(yōu)化控制系統(tǒng)跟蹤參數(shù)，實現(xiàn)最小化的主調(diào)節(jié)器輸出，當達到主調(diào)節(jié)器最小化輸出時，SCR出口NOx濃度不需要經(jīng)過PID運算跟蹤機組負荷，這時前饋回路噴氨量達到脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)運行要求，因此這是最有效和簡單的優(yōu)化方案。

8.系統(tǒng)優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)優(yōu)化主要是采用先進的氨逃逸率控制技術，在相同控制條件和同等設備基礎上，通過優(yōu)化控制系統(tǒng)，優(yōu)化噴氨時機，尤其是對于機組負荷變化高噴氨量控制響應速度，防止沒有及時跟蹤噴氨量，造成氨逃逸率超標。

三、結束語

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，而環(huán)境污染問題也越來越突出，為了滿足可持續(xù)發(fā)展要求，火電廠必須積極轉型升級，改進和優(yōu)化脫硝SCR儀表和控制方案，對煙氣中NOx和氨氣比例進行有效控制，提高控制系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)的控制精度。

［1］周根來.脫硝SCR儀表及控制方案的探討［J］.石油化工自動化，2012，06：84-86.

［2］武寶會，崔利. 火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優(yōu)化［J］.熱力發(fā)電，2013，10：116-119+126.

［3］王凱，袁立宏，李林章.SCR煙氣脫硝現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計［J］.自動化儀表，2014，04：67-71.

［4］張友兵，張海蓉.煙氣脫硝裝置控制方案的優(yōu)化［J］.化工自動化及儀表，2015，08：956-958.

［5］周燦，陳一鳴. SCR脫硝在線儀表數(shù)據(jù)異常原因分析［J］.發(fā)電與空調(diào)，2015，05：33-35+32.

周宇（1982—），男，江蘇徐州人，大學本科，中級工程師，研究方向：儀表自動化設計。