黨阿娟

摘 要：大容量火電機(jī)組基本采用SCR脫硝裝置，針對(duì)脫硝系統(tǒng)具有延遲、大滯后等特性，采用了串級(jí)變參數(shù)的控制策略來(lái)適應(yīng)SCR反應(yīng)的特性，使脫硝自動(dòng)投入率和投入效果得到很大程度的改善。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原SCR；控制策略；變參數(shù)；NOX

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.167

1 概述

大唐寶雞熱電廠脫硝采用選擇性催化還原反應(yīng)SCR，每臺(tái)鍋爐布置兩臺(tái)SCR反應(yīng)器，煙氣從鍋爐省煤器后煙道引出。通過(guò)SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)，再送至空氣預(yù)熱器前煙道，SCR反應(yīng)器本體內(nèi)裝有蜂窩壯催化劑，混合好的煙氣與氨進(jìn)入反應(yīng)器本體后，在催化劑的催化作用下煙氣中的NO與氨進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/p>

2 脫硝自動(dòng)控制存在的問(wèn)題及原因分析

（1）原設(shè)計(jì)為設(shè)定值與實(shí)際出口NOx濃度動(dòng)態(tài)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的單回路控制系統(tǒng)。機(jī)組在負(fù)荷波動(dòng)引起NOx濃度、煙氣流量擾動(dòng)，排入大氣 NOx超標(biāo)。

（2）單回路控制系統(tǒng)未考慮到SCR反應(yīng)系統(tǒng)具有大滯后特性。PID調(diào)節(jié)超調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重，反應(yīng)器出口氨逃逸偏大，氨耗高，增加運(yùn)行成本，且逃逸的氨在空預(yù)器中與SO3生成硫酸氫氨，由于硫酸氫氨物理性質(zhì)較粘，附著在空預(yù)器換熱板上，造成空預(yù)器堵塞。

3 控制策略制定及實(shí)施

根據(jù)脫硝SCR系統(tǒng)具有大滯后、有自平衡等特性，采用串級(jí)變參數(shù)的控制策略。主調(diào)直接來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)器出口NOX標(biāo)態(tài)值，出口NOX設(shè)定值和測(cè)量值的差值計(jì)算出所需氨氣流量的變化量；副調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)所噴射的氨氣流量，利用氨氮摩爾比原理，SCR 入口NOX濃度和設(shè)定氨氮摩爾比計(jì)算出氨氣流量，主調(diào)計(jì)算出的氨氣流量的變化量做為副調(diào)的設(shè)定值，氨氣流量設(shè)定值與實(shí)際氨氣流量差值計(jì)算出閥門(mén)開(kāi)度。下圖為帶修正的脫硝串級(jí)調(diào)節(jié)回路：

3.1 理論氨氣流量的計(jì)算

脫硝主要的反應(yīng)機(jī)理是：通過(guò)在合適的溫度下向有催化劑的反應(yīng)器里噴入的適量的氨，其會(huì)產(chǎn)生如下的化學(xué)反應(yīng)：

4NO + 4 NH3+O2 →4N2+6H2O 2NO2 + 4 NH3 +O2 →3N2+6H2O

3.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

（1）變參數(shù)的應(yīng)用：由于脫硝系統(tǒng)噴氨和反應(yīng)器出口NOX的變化是典型的大滯后被控對(duì)象。調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定過(guò)強(qiáng)，只要反引起出口NOX與設(shè)定值有偏差，氨氣流量波動(dòng)大，致出口NOX很難穩(wěn)定；調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定過(guò)弱，當(dāng)出口NOX與設(shè)定值相差較大時(shí)，調(diào)節(jié)器需要很長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器出口NOX超過(guò)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)值或反應(yīng)器出口NOX長(zhǎng)時(shí)間維持在低限。這兩種情況的耗氨量都高。采用變參數(shù)調(diào)節(jié)器來(lái)適應(yīng)SCR反應(yīng)系統(tǒng)的大滯后特性。

國(guó)家環(huán)保要求脫硝出口NOX不能超過(guò)50mg/Nm3 ，運(yùn)行將脫硝出口NOX設(shè)定在20mg/Nm3 -40mg/Nm3 之間。

（2）副調(diào)節(jié)器通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)氨氣流量，主要消除負(fù)荷變化、氨氣流量波動(dòng)、煤質(zhì)和燃燒引起反應(yīng)器入口NOX濃度變化等原因引起的擾內(nèi)，為是粗調(diào)，要求動(dòng)作快。要求調(diào)節(jié)器參數(shù)相對(duì)強(qiáng)（比例帶180，積分時(shí)間150）。

（3）噴氨自動(dòng)控制回路安全措施設(shè)置：當(dāng)出口NOX濃度大于45mg/Nm3時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手操器將閉鎖關(guān)指令。當(dāng)噴氨調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)時(shí)，為了防止異常工況下，調(diào)節(jié)閥門(mén)全關(guān)和全開(kāi)，調(diào)節(jié)閥指令上限90%，下限10%。為了防止積分飽和，副調(diào)輸出上限80%，下限10%，主調(diào)輸出上限88t/h，下限20t/h。

（4）為了防止脫硝投入條件不具備或脫硝跳閘后有氨氣噴入反應(yīng)器。當(dāng)反應(yīng)器跳閘、煙氣溫度低于300℃或噴氨關(guān)斷閥已關(guān)時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉對(duì)應(yīng)的噴氨調(diào)節(jié)閥。

4 應(yīng)用效果

（1）串級(jí)變參數(shù)的控制策略在我廠脫硝自動(dòng)中中，脫硝自動(dòng)的運(yùn)行品質(zhì)較之前單回路控制策略有了明顯的改善，在系統(tǒng)穩(wěn)定負(fù)荷、變負(fù)荷、煤質(zhì)變化及煙氣流量波動(dòng)的條件下減小了反應(yīng)器器出口NOX控制在合理的范圍之內(nèi)。

串級(jí)變參數(shù)的控制策略使用，使噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定投入。脫硝投入率從不到30%提高至98%以上。脫硝自動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定，動(dòng)靜態(tài)偏差均符合脫硝自動(dòng)要求。

（2）優(yōu)化前反應(yīng)器出口NOX隨入口NOX波動(dòng)大，氨逃逸率平均在1.5ppm，自動(dòng)投入率不到30%；反應(yīng)器出口NOX動(dòng)態(tài)偏差為12 mg/Nm3。優(yōu)化后穩(wěn)態(tài)偏差為6 mg/Nm3，氨逃逸平均0.5ppm。

氨耗占脫硝成本的50%以上，控制方案實(shí)施后，機(jī)組運(yùn)行半年，空預(yù)器進(jìn)出口差壓始終保持在1kPa以下。

5 結(jié)論

串級(jí)變參數(shù)和理論氨氣流量作為副調(diào)的串級(jí)控制策略的使用，解決了脫硝反應(yīng)系統(tǒng)有大滯后給控制系統(tǒng)帶來(lái)的影響，加強(qiáng)了控制系統(tǒng)抗擾能力，使噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定投入，投入率提高至99%以上。大幅度的減少了氨氣消耗量，也保證了空預(yù)器的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T774-2015.火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[S].endprint