趙 毅

(山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司,山西 太原 030000)

引 言

選擇性催化還原技術(shù)是利用氨為催化原材料對煙氣中的氮化物進行置換，降低廢氣中的污染物數(shù)量、減少環(huán)境污染的一種常用方法。由于排煙系統(tǒng)內(nèi)的煙氣含量會隨著機組負荷的變化而變動，因此常規(guī)控制系統(tǒng)中，通常采用按最大煙氣排放量為基準進行噴氨，氨噴出時的擴散面積不足，導(dǎo)致系統(tǒng)脫硝效率低、成本高、氨逃逸率高，無法滿足新形勢下脫硝經(jīng)濟性和脫硝率的要求。

針對現(xiàn)有脫硝控制系統(tǒng)的不足，在對煙氣排放變化規(guī)律進行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的智能脫硝控制系統(tǒng)，通過利用分區(qū)、分段、多次噴氨的方式提升催化劑和氮化物的接觸效果，通過多點均衡控制模式控制系統(tǒng)總的噴氨量，在提升催化效率的情況下降低噴氨的總量。根據(jù)實際應(yīng)用表明新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⒚撓踹^程中的噴氨量降低7.8%，將出口處氮化物的濃度降低了13.1%，對提升排煙系統(tǒng)的凈化效果和脫硝經(jīng)濟性具有十分重要的意義。

1 智能脫硝控制原理

以電廠300 MW鍋爐發(fā)電機組為例，其排煙系統(tǒng)中氮化物的最大質(zhì)量濃度約為440 mg/m3，煙氣在煙道內(nèi)流動時存在一定紊流，流場穩(wěn)定性較差，煙氣中氮化物的分布不均勻，最大濃度場偏差約為37%，系統(tǒng)脫硝率約為67%，氨逃逸率約為4.1 mg/m3。通過對整個脫硝過程的分析，發(fā)現(xiàn)脫硝控制系統(tǒng)采用的是定量噴氨模式，一次噴出的液氨量大、分散度低，導(dǎo)致無法和煙氣中的氮元素充分接觸，因此無法發(fā)揮最大的催化效率，同時還造成了氨的逃逸率過高。

因此本文提出的智能脫硝控制系統(tǒng)，采用了閉環(huán)調(diào)節(jié)控制的邏輯，在排煙系統(tǒng)內(nèi)增加氮化物含量高精度監(jiān)測系統(tǒng)，將監(jiān)測結(jié)果反饋給噴氨控制器，控制器根據(jù)反饋的氮化物的含量和分布自動計算最佳噴氨量和噴霧壓力。

系統(tǒng)采用了多層分布、逐級噴灑脫硝的控制模式[1]，根據(jù)排煙總量，在煙道內(nèi)設(shè)置3～5處液氨噴灑點，通過逐級分解、逐層噴灑的方式來確保脫硝率。為了保證定量液氨噴灑量的準確性，系統(tǒng)通過第一級監(jiān)測到的廢氣內(nèi)的氮化物含量來確定該體積含量的廢氣脫硝所使用的的液氨量，為了確保脫硝的徹底性，實際脫硝量的設(shè)置應(yīng)乘以1.1的損耗系數(shù)，避免液氨不足導(dǎo)致的脫硝率低下。確定總的液氨消耗量后，智能脫硝控制系統(tǒng)對每次噴灑量進行設(shè)定，保證總消耗量的一致性。

2 智能噴氨控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的控制核心，在于智能噴氨控制系統(tǒng)，在工作過程中能否準確的根據(jù)監(jiān)測結(jié)果合理的設(shè)置噴氨總量并合理分布每次噴氨的量。因此智能噴氨控制系統(tǒng)中，設(shè)置了大數(shù)據(jù)分析模塊和外置的智能控制裝置，以大數(shù)據(jù)分析為支撐，為智能噴氨控制裝置的執(zhí)行提供精確的數(shù)據(jù)支撐。智能噴氨控制系統(tǒng)邏輯，如第131頁圖1所示。圖中DCS表示分散控制系統(tǒng)[2]。

圖1 智能噴氨控制邏輯示意圖

該智能控制系統(tǒng)中，其精確控制的核心在于在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測邏輯，根據(jù)煙道入口處的煙氣分布，對后續(xù)的煙氣擴散狀態(tài)、氮化物分布狀態(tài)等進行智能預(yù)測，為精確噴氨通過可靠的前端數(shù)據(jù)支撐，解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)無法準確預(yù)測氮化物分布，無法進行精確噴氨控制的難題。

為了保證在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的準確性，在監(jiān)測單元內(nèi)，設(shè)置了內(nèi)置燃燒氮化物質(zhì)量濃度監(jiān)測模塊[3]，通過燃燒機理來對入口處的氮化物濃度狀態(tài)進行精確監(jiān)測，提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的準確性，也解決了傳統(tǒng)濃度監(jiān)測傳感器監(jiān)測結(jié)果偏差大、滯后性大的不足。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果對比，如圖2所示。其預(yù)測結(jié)果和實際數(shù)值相比，準確率高達99.1%，完全滿足對廢氣內(nèi)氮化物濃度精確預(yù)測的需求。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測與實際值對比結(jié)果

3 逐級噴氨控制

由于廢氣在煙道內(nèi)流動時存在著較大的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致在同一個截面上氮化物的分布存在極大的不均勻性，降低了催化劑和氮化物的接觸面積，影響催化反應(yīng)的效率。因此提出了在煙道內(nèi)液氨噴灑面上增加噴氨格柵分區(qū)控制技術(shù)[4]。對噴氨系統(tǒng)內(nèi)的噴氨管道進行分段，在各個分段內(nèi)增加調(diào)控閥門和監(jiān)測裝置，煙氣在通過格柵后，其氣流相對穩(wěn)定，在同一截面上的氮化物的分布也相對均衡，此時監(jiān)測裝置將該截面上的監(jiān)測結(jié)果反饋給分散控制系統(tǒng)中年的噴氨控制模塊，自動選定噴氨量和噴氨壓力，使催化劑和氮化物充分結(jié)合，提高催化反應(yīng)效率，也降低了反應(yīng)式氨的逃逸率。

在該噴氨控制系統(tǒng)中，噴氨總量控制單元和噴氨分區(qū)控制單元進行一體化控制，以噴氨總量控制為核心，根據(jù)分段內(nèi)氨氣的的監(jiān)測情況，靈活的調(diào)整噴氨量，系統(tǒng)優(yōu)化了噴氨調(diào)節(jié)量，同時設(shè)置了連鎖控制裝置，使二者聯(lián)動控制，滿足控制精確性的需求。

4 應(yīng)用效果分析

為了對優(yōu)化前后的效果進行對比，在煙道出口處設(shè)置氮化物濃度監(jiān)測裝置，對優(yōu)化前后的狀態(tài)進行對比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后氮化物濃度對比

由圖3可知，改造前出口處氮化物的平均質(zhì)量濃度為47.6%，其排放不均勻度約為36.7%，改造后出口處氮化物的平均質(zhì)量濃度為41.4%，比優(yōu)化前降低了13.1%。其排放不均勻度約為8.3%，比優(yōu)化前降低了77.4%，顯著的提升了脫硝的效率效率和一致性，同時在整個過程中的噴氨量降低了約7.8%，進一步提升了脫硝的經(jīng)濟性。

5 結(jié)論

針對傳統(tǒng)脫硝控制系統(tǒng)無法精確控制脫硝過程中噴氨量，導(dǎo)致脫硝效率低、成本高、氨逃逸率高的不足，提出了一種新的智能脫硝控制系統(tǒng)，通過對噴氨量的精確控制，實現(xiàn)了脫硝效率和經(jīng)濟性的提升，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

1)智能脫硝控制系統(tǒng)，采用了多層分布、逐級噴灑脫硝的控制模式，確定總的液氨消耗量后，系統(tǒng)對每次噴灑量進行設(shè)定，保證總消耗量的一致性。

2)智能噴氨控制系統(tǒng)中，設(shè)置了大數(shù)據(jù)分析模塊和外置的智能控制裝置，以大數(shù)據(jù)分析為支撐，為智能噴氨控制裝置的執(zhí)行提供精確的數(shù)據(jù)支撐，確保噴灑的精確性。

3)新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⒚撓踹^程中的噴氨量降低7.8%，將出口處氮化物的濃度降低了13.1%，對提升排煙系統(tǒng)的凈化效果和脫硝經(jīng)濟性具有十分重要的意義。