朱愉潔，李 波，吳 宇

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

火電廠脫硝系統(tǒng)供氨閥門自動(dòng)控制的調(diào)試及問題研究

朱愉潔，李 波，吳 宇

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

火電廠脫硝系統(tǒng)供氨閥門自動(dòng)控制問題是系統(tǒng)調(diào)試中存在的問題之一，處理不善易帶來噴氨過量和設(shè)備運(yùn)行安全隱患，并增加運(yùn)行人員工作負(fù)擔(dān)。介紹火電廠脫硝系統(tǒng)供氨閥門的調(diào)試過程，提出了調(diào)整閥門控制策略和改進(jìn)措施。

脫硝系統(tǒng)；供氨閥門；自動(dòng)控制；噴氨過量

1 概述

某燃煤電廠2×330MW工程配套建設(shè)脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)工藝，即在裝有催化劑的反應(yīng)器里，煙氣與噴入的氨在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，生成無害的氮?dú)夂退?，?shí)現(xiàn)脫除NOx的目的[1-4]。本工程的SCR裝置主要分成兩大系統(tǒng)：布置于鍋爐尾部的SCR系統(tǒng)和遠(yuǎn)離主廠房布置的氨制備系統(tǒng)。其中，SCR系統(tǒng)反應(yīng)器裝置布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間，為高溫高塵布置；氨制備系統(tǒng)與周邊廠區(qū)建筑物保持一定的安全防護(hù)距離。氨制備系統(tǒng)制備的氣態(tài)氨沿廠區(qū)管架的氣態(tài)氨管道送入SCR區(qū)域，由噴氨格柵(AIG)系統(tǒng)注入到SCR入口煙道中。每臺(tái)鍋爐機(jī)組配2臺(tái)SCR反應(yīng)器，所有脫硝反應(yīng)器共用1套氨供應(yīng)系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要的設(shè)備有：催化反應(yīng)器(反應(yīng)器)、反應(yīng)器進(jìn)口煙道、出口煙道、蜂窩式催化劑、蒸汽吹灰器、煙道膨脹節(jié)、主要測(cè)量?jī)x表(如NOx/O2分析儀、氨逃逸檢測(cè)裝置、變送器等)。煙氣經(jīng)省煤器出口進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)口煙道，再經(jīng)AIG、煙氣/氨氣混合器、均流板、反應(yīng)器催化劑層和反應(yīng)器出口煙道，最終進(jìn)入空預(yù)器。其中，兩個(gè)催化反應(yīng)器為對(duì)稱布置，各處理省煤器出口的兩路煙氣，催化反應(yīng)器為豎直布置，煙氣流向?yàn)樨Q直向下。為了防止煙氣中的飛灰在催化劑上沉積，堵塞催化劑孔道，在每層催化劑上裝有3個(gè)聲波吹灰器，吹灰介質(zhì)為過熱蒸汽。

2 供氨自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

2.1 調(diào)試過程簡(jiǎn)介

供氨自動(dòng)控制系統(tǒng)主要依靠供氨管道上自動(dòng)控制閥門調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)供氨系統(tǒng)和稀釋風(fēng)機(jī)都按要求運(yùn)行后，首先要觀察煙氣溫度和燃燒工況。核實(shí)氨氣壓力為設(shè)計(jì)值，氨裝置和所有儀表就緒無異常后，以SCR出口NOx含量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。手動(dòng)緩慢調(diào)節(jié)流量控制閥將氨流量調(diào)節(jié)到3%～5%的開度進(jìn)行噴氨。待系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后逐步增大流量調(diào)節(jié)閥，當(dāng)氨流量調(diào)整到預(yù)定流量的50%后，測(cè)量出口NOx含量和NH3含量。若出口NH3含量低于3μL/L，則以80%預(yù)定流量的氨氣量注入。若出口NH3含量大于3μL/L，則根據(jù)分配箱上流量分配蝶閥前后的差壓計(jì)調(diào)節(jié)AIG的噴氨量，直至出口NH3含量低于3μL/L。根據(jù)出口NOx含量和NH3含量，直至脫硝效率達(dá)到50%。此時(shí)將控制閥門切到自動(dòng)控制狀態(tài)。

2.2 自動(dòng)控制過程

本閥門的控制過程為：SCR系統(tǒng)采用了串級(jí)PID加前饋的控制策略，通過原煙氣中NOx濃度乘以NO2和NO的摩爾比計(jì)算出NO2含量作為串級(jí)PID控制前饋；為了防止氨逃逸對(duì)控制造成影響，將SCR煙氣脫硝系統(tǒng)出口煙氣中的NO2的含量(計(jì)算方法同前饋部分的NO2的含量)作為主調(diào)PID的測(cè)量值，目標(biāo)NOx濃度作為設(shè)定值，前饋和主調(diào)PID共同疊加后生成NO2的濃度，NO2濃度乘以煙氣流量得到NO2的流量信號(hào)，該信號(hào)乘以所需氨氮摩爾比就是基本氨氣流量信號(hào)，此信號(hào)作為給定值送入副調(diào)PID控制器與實(shí)測(cè)的氨氣流量信號(hào)比較，由PID控制器經(jīng)運(yùn)算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)氨氣流量。SCR脫硝系統(tǒng)供氨自動(dòng)控制流程如圖1所示。

由于SCR系統(tǒng)存在明顯的NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后的問題，系統(tǒng)采用了實(shí)際機(jī)組負(fù)荷來預(yù)測(cè)煙氣流量。

圖1 供氨自動(dòng)控制流程

2.3 出現(xiàn)的問題及解決建議

在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)入口NOx波動(dòng)較大或機(jī)組負(fù)荷低的情況，該自動(dòng)控制會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)不及時(shí)的情況，易造成噴氨過量，給后續(xù)設(shè)備帶來安全隱患，因此只能以手動(dòng)調(diào)節(jié)代替。為了解決這一問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)提出以下改進(jìn)建議：

(1)控制策略。因?yàn)橹髌髁啃盘?hào)變化超前于實(shí)際機(jī)組負(fù)荷信號(hào)變化，因此可以采用主汽流量信

號(hào)代替實(shí)際機(jī)組負(fù)荷信號(hào)來預(yù)測(cè)NOx變化，減少控制響應(yīng)時(shí)間；根據(jù)氨流量采取變PID參數(shù)調(diào)節(jié)[5]；前饋部分加入NOx濃度變化的微分作用。

(2)減小閥門死區(qū)或更換閥門。調(diào)節(jié)閥的摩擦力和游移是造成閥門死區(qū)的重要原因之一，由于本脫硝系統(tǒng)大部分調(diào)節(jié)式控制的動(dòng)作是由小信號(hào)改變(1%或更小)組成的，一個(gè)有超大死區(qū)的調(diào)節(jié)閥不會(huì)對(duì)小信號(hào)改變作出響應(yīng)；因此可以通過加強(qiáng)閥門的日常維護(hù)和檢查，降低閥門摩擦力；調(diào)節(jié)放大器等方式來減小閥門死區(qū)[6-7]。

3 結(jié)語

分析了脫硝系統(tǒng)供氨閥門自動(dòng)控制在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，提出了可以分別通過對(duì)控制系統(tǒng)和閥門進(jìn)行調(diào)整的解決方案，這些方案可以作為提升閥門自動(dòng)控制能力的參考，有助于增強(qiáng)脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制的可靠性和系統(tǒng)可調(diào)性。

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2017年世界環(huán)境日主題

2017年6月5日是世界環(huán)境日，今年的世界環(huán)境日主題為“人人參與 創(chuàng)建綠色家園”，旨在動(dòng)員引導(dǎo)社會(huì)各界著力踐行人與自然和諧共生和綠色發(fā)展理念，從身邊小事做起，共同履行環(huán)保責(zé)任，呵護(hù)環(huán)境質(zhì)量，共建美麗家園。

2017年世界環(huán)境日中國(guó)主題為“綠水青山就是金山銀山”，旨在動(dòng)員引導(dǎo)社會(huì)各界牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的強(qiáng)烈意識(shí)，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，自覺踐行綠色生活，共同建設(shè)美麗中國(guó)。

Research on debugging and controlling for automatic ammonia gas supply valve of denitrification system in coal-fired power plant

Automatic controlling for ammonia gas supply valve of denigration system is one of the common problems during debugging. Mismanagement will bring excess ammonia spray, equipment operating safety hazard and increase the operating personnel workload easily. It describes the debugging process of ammonia gas supply valve. Some improvement suggestions are proposed to adjust the valve control strategies and reduce dead-zone valves.

denitration system; ammonia gas supply valve; automatic control; spraying ammonia excess

X701.7

B

1674-8069(2017)03-040-02

2016-11-09；

2016-12-24

朱愉潔(1983-)，女，碩士研究生，工程師，專業(yè)從事電廠化學(xué)、環(huán)保技術(shù)支持開發(fā)工作。E-mail：nmdkyzyj@sina.cn