黨阿娟
摘 要:大容量火電機組基本采用SCR脫硝裝置,針對脫硝系統具有延遲、大滯后等特性,采用了串級變參數的控制策略來適應SCR反應的特性,使脫硝自動投入率和投入效果得到很大程度的改善。
關鍵詞:選擇性催化還原SCR;控制策略;變參數;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SCR,每臺鍋爐布置兩臺SCR反應器,煙氣從鍋爐省煤器后煙道引出。通過SCR反應器進行脫硝反應,再送至空氣預熱器前煙道,SCR反應器本體內裝有蜂窩壯催化劑,混合好的煙氣與氨進入反應器本體后,在催化劑的催化作用下煙氣中的NO與氨進行氧化還原反應,生成氮氣和水。
2 脫硝自動控制存在的問題及原因分析
(1)原設計為設定值與實際出口NOx濃度動態(tài)偏差進行調節(jié)的單回路控制系統。機組在負荷波動引起NOx濃度、煙氣流量擾動,排入大氣 NOx超標。
(2)單回路控制系統未考慮到SCR反應系統具有大滯后特性。PID調節(jié)超調現象嚴重,反應器出口氨逃逸偏大,氨耗高,增加運行成本,且逃逸的氨在空預器中與SO3生成硫酸氫氨,由于硫酸氫氨物理性質較粘,附著在空預器換熱板上,造成空預器堵塞。
3 控制策略制定及實施
根據脫硝SCR系統具有大滯后、有自平衡等特性,采用串級變參數的控制策略。主調直接來調節(jié)反應器出口NOX標態(tài)值,出口NOX設定值和測量值的差值計算出所需氨氣流量的變化量;副調來調節(jié)所噴射的氨氣流量,利用氨氮摩爾比原理,SCR 入口NOX濃度和設定氨氮摩爾比計算出氨氣流量,主調計算出的氨氣流量的變化量做為副調的設定值,氨氣流量設定值與實際氨氣流量差值計算出閥門開度。下圖為帶修正的脫硝串級調節(jié)回路:
3.1 理論氨氣流量的計算
脫硝主要的反應機理是:通過在合適的溫度下向有催化劑的反應器里噴入的適量的氨,其會產生如下的化學反應:
4NO + 4 NH3+O2 →4N2+6H2O 2NO2 + 4 NH3 +O2 →3N2+6H2O
3.2 調節(jié)器參數整定
(1)變參數的應用:由于脫硝系統噴氨和反應器出口NOX的變化是典型的大滯后被控對象。調節(jié)器參數設定過強,只要反引起出口NOX與設定值有偏差,氨氣流量波動大,致出口NOX很難穩(wěn)定;調節(jié)器參數設定過弱,當出口NOX與設定值相差較大時,調節(jié)器需要很長的調節(jié)時間,會導致反應器出口NOX超過國家環(huán)保標準值或反應器出口NOX長時間維持在低限。這兩種情況的耗氨量都高。采用變參數調節(jié)器來適應SCR反應系統的大滯后特性。
國家環(huán)保要求脫硝出口NOX不能超過50mg/Nm3 ,運行將脫硝出口NOX設定在20mg/Nm3 -40mg/Nm3 之間。
(2)副調節(jié)器通過調節(jié)閥門開度調節(jié)氨氣流量,主要消除負荷變化、氨氣流量波動、煤質和燃燒引起反應器入口NOX濃度變化等原因引起的擾內,為是粗調,要求動作快。要求調節(jié)器參數相對強(比例帶180,積分時間150)。
(3)噴氨自動控制回路安全措施設置:當出口NOX濃度大于45mg/Nm3時,執(zhí)行機構的手操器將閉鎖關指令。當噴氨調節(jié)閥投入自動時,為了防止異常工況下,調節(jié)閥門全關和全開,調節(jié)閥指令上限90%,下限10%。為了防止積分飽和,副調輸出上限80%,下限10%,主調輸出上限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器。當反應器跳閘、煙氣溫度低于300℃或噴氨關斷閥已關時強制關閉對應的噴氨調節(jié)閥。
4 應用效果
(1)串級變參數的控制策略在我廠脫硝自動中中,脫硝自動的運行品質較之前單回路控制策略有了明顯的改善,在系統穩(wěn)定負荷、變負荷、煤質變化及煙氣流量波動的條件下減小了反應器器出口NOX控制在合理的范圍之內。
串級變參數的控制策略使用,使噴氨自動控制系統可以穩(wěn)定投入。脫硝投入率從不到30%提高至98%以上。脫硝自動系統穩(wěn)定,動靜態(tài)偏差均符合脫硝自動要求。
(2)優(yōu)化前反應器出口NOX隨入口NOX波動大,氨逃逸率平均在1.5ppm,自動投入率不到30%;反應器出口NOX動態(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,控制方案實施后,機組運行半年,空預器進出口差壓始終保持在1kPa以下。
5 結論
串級變參數和理論氨氣流量作為副調的串級控制策略的使用,解決了脫硝反應系統有大滯后給控制系統帶來的影響,加強了控制系統抗擾能力,使噴氨自動控制系統可以穩(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,也保證了空預器的正常運行。
參考文獻:
[1]DL/T774-2015.火力發(fā)電廠熱工自動化系統檢修運行維護規(guī)程[S].endprint