胡國(guó)力

（北京達(dá)華潔能工程技術(shù)有限公司， 北京 100000）

0 引言

目前，相關(guān)SCR脫硝系統(tǒng)的科研技術(shù)已相對(duì)成熟，大量實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)煙氣的脫硝率甚至可達(dá)到90%以上。近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展在一定程度上增加了社會(huì)對(duì)能源的消耗，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)對(duì)煤炭類(lèi)物質(zhì)的消耗量在國(guó)際中處于居高不下的水平。而煤炭屬于一種化石類(lèi)燃料，此類(lèi)燃料在燃燒中會(huì)發(fā)生較為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，在供應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)所需能量的同時(shí)，釋放大量的氮氧化物質(zhì)、硫化物質(zhì)、顆粒物以及粉塵等對(duì)大氣環(huán)境造成污染的物質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的控制，生產(chǎn)單位開(kāi)始進(jìn)行SCR脫硝系統(tǒng)的推廣與使用，但該系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)、多影響變量協(xié)同控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，不僅需要考慮噴氨量對(duì)系統(tǒng)的脫硝效果的影響，還需要考慮系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性。系統(tǒng)在運(yùn)行中的任何一個(gè)參數(shù)發(fā)生異常變化，都會(huì)對(duì)脫硝效果造成影響。因此，該文將根據(jù)現(xiàn)有工作的實(shí)際需求，以SCR脫硝系統(tǒng)為例，針對(duì)該系統(tǒng)在運(yùn)行中的噴氨行為進(jìn)行精細(xì)化調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，以此種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)范化控制。

1 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣量與氨氣量測(cè)量

為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中噴氨量等參數(shù)的控制，發(fā)揮系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中更高的效能與價(jià)值，應(yīng)在設(shè)計(jì)方法前，輔助先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)在運(yùn)行中入口位置的煙氣量與氨氣量進(jìn)行主動(dòng)測(cè)量。

根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行與進(jìn)氣煙道分布，采用網(wǎng)格劃分技術(shù)，將系統(tǒng)在運(yùn)行中的單側(cè)煙道劃分為長(zhǎng)度×寬度=2×4的網(wǎng)格，在每個(gè)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)安裝一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行采樣探頭。將探頭與量測(cè)儀表進(jìn)行連接，探頭獲取的數(shù)據(jù)將通過(guò)量測(cè)儀表量測(cè)后進(jìn)入煙氣分析儀。采用輪測(cè)的方式即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)入口位置煙氣量的測(cè)量。此過(guò)程可用公式（1）表示。

式中：為系統(tǒng)入口位置煙氣量，計(jì)算單位為mg/Nm；為網(wǎng)格總數(shù)；為探頭采樣數(shù)量；為量測(cè)儀表直接量測(cè)數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上采用軟測(cè)量的方式對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)入口位置的氨氣量進(jìn)行測(cè)量，相比直接測(cè)量，軟測(cè)量是通過(guò)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間接計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，此種數(shù)據(jù)采集方式可以避免由于分析儀采樣導(dǎo)致的反饋數(shù)據(jù)時(shí)效性差等問(wèn)題?？梢栽诹繙y(cè)過(guò)程中，根據(jù)脫硝系統(tǒng)中輸入燃料量、進(jìn)風(fēng)量及其運(yùn)行工況等參數(shù)，采用多元線(xiàn)性回歸計(jì)算的方式，進(jìn)行脫硝系統(tǒng)入口氨氣量的計(jì)算。如公式（2）所示。

式中：為脫硝系統(tǒng)入口氨氣量計(jì)算單位為mg/Nm；為輸入燃料量；為進(jìn)風(fēng)量；為運(yùn)行工況；為多元線(xiàn)性回歸方程式。

通過(guò)上述方式，完成對(duì)系統(tǒng)入口位置多種參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算。

2 基于偏差系數(shù)計(jì)算的噴氨補(bǔ)償與主動(dòng)調(diào)節(jié)

掌握脫硝系統(tǒng)多種運(yùn)行條件后，該文采用對(duì)系統(tǒng)在運(yùn)行中偏差系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行噴氨量的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，確保系統(tǒng)在運(yùn)行中噴氨量隨著系統(tǒng)入口煙氣濃度的變化而發(fā)生變化。在此過(guò)程中，將測(cè)量?jī)x安裝在系統(tǒng)煙氣反應(yīng)器位置，按照上文方式獲取反應(yīng)器出口截面位置氮氧化物的濃度與分布情況，當(dāng)?shù)趸镔|(zhì)的分布較密集或濃度較高時(shí)，可采用增加反應(yīng)器噴氨管道支管調(diào)節(jié)閥的方式進(jìn)行噴氨開(kāi)度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程如公式（3）所示。

式中：為氮氧化物濃度；為噴氨補(bǔ)償；為入口煙氣濃度的變化變化系數(shù)；為反應(yīng)器噴氨管道支管調(diào)節(jié)閥數(shù)量；為反應(yīng)器噴氨管道支管直徑；為反應(yīng)器噴氨管道支管調(diào)節(jié)閥流通速度。

在此基礎(chǔ)上，當(dāng)?shù)趸镔|(zhì)的分布較稀疏或濃度較低時(shí)，可采用減小反應(yīng)器噴氨管道支管調(diào)節(jié)閥的方式進(jìn)行噴氨開(kāi)度的控制。按照上述方式進(jìn)行噴氨量的不同調(diào)整，通過(guò)此種方式控制截面出口位置氮氧化物濃度的標(biāo)準(zhǔn)差在15%范圍內(nèi)。此過(guò)程如公式（4）所示。

式中：為脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中反應(yīng)器某點(diǎn)位置的氮氧化物濃度；為截面出口位置氮氧化物濃度的標(biāo)準(zhǔn)差，在計(jì)算

公式（4）中的的計(jì)算如公式（5）所示。

式中：為出口截面面積；為偏差系數(shù)；為偏差允許范圍。

通過(guò)上述方式得到滿(mǎn)足＜15%時(shí)的所有取值，以此為依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)噴氨反應(yīng)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)開(kāi)度的調(diào)整。調(diào)節(jié)過(guò)程中，需要全面考慮前端脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)電負(fù)荷、煙氣量、爐膛含氧量等技術(shù)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的變化，結(jié)合相關(guān)工作的實(shí)際情況，在隱藏層進(jìn)行噴氨參數(shù)設(shè)定的優(yōu)化，通過(guò)此種方式，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)不同運(yùn)行工況下的噴氨量的補(bǔ)償與主動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 基于PID技術(shù)的噴氨分區(qū)均衡控制

完成上述設(shè)計(jì)后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)一步控制，該文引進(jìn)PID技術(shù)對(duì)脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中噴氨分區(qū)的均衡進(jìn)行控制?？刂七^(guò)程中，將SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理作為參照，建立預(yù)測(cè)模型。通過(guò)對(duì)前端反應(yīng)值的評(píng)估，掌握系統(tǒng)運(yùn)行與氨氣的需求量，根據(jù)對(duì)氨氣需求量的反饋與校正，進(jìn)行系統(tǒng)的主動(dòng)控制。此過(guò)程如公式（6）所示。

式中：為噴氨主動(dòng)控制過(guò)程；Δ為氨氣的需求量；為反饋系數(shù)；為校正系數(shù)；為預(yù)測(cè)數(shù)值。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)不同網(wǎng)格分區(qū)內(nèi)安裝分區(qū)調(diào)節(jié)閥，采用解耦的方式進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)不同分區(qū)的平衡處理。平衡處理過(guò)程如公式（7）所示。

處理過(guò)程中，為確保各個(gè)分區(qū)的平衡性，可引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將歸一化參數(shù)錄入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化。將優(yōu)化后的參數(shù)引入軟測(cè)量模型中，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)不同分區(qū)的平衡處理過(guò)程誤差和期望誤差，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行權(quán)重、閾值的修正，并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，利用轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)率來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)內(nèi)不同分區(qū)的平衡處理的精度。分區(qū)調(diào)節(jié)閥可設(shè)置上、下限的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中，應(yīng)設(shè)定一定的調(diào)節(jié)范圍，以此確保系統(tǒng)可以在有效線(xiàn)性范圍內(nèi)運(yùn)行。通過(guò)此種方式，使系統(tǒng)不同分區(qū)在脫硝處理過(guò)程中可以適應(yīng)機(jī)組運(yùn)行的調(diào)峰要求，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同分區(qū)的平衡處理，以此達(dá)到PID自適應(yīng)控制的目的。此過(guò)程如公式（8）所示。

式中：為噴氨控制量；為解耦算法；為調(diào)峰值；為分區(qū)數(shù)量。

輸出控制量，按照預(yù)設(shè)的控制量進(jìn)行系統(tǒng)控制，檢測(cè)控制后系統(tǒng)出口位置氮氧濃度與分布，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)家要求的脫硝處理標(biāo)準(zhǔn)后，即可認(rèn)為完成了控制方法的設(shè)計(jì)。反之，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說(shuō)明補(bǔ)償?shù)膰姲绷课茨芡耆l(fā)揮效果，可以采用加大單元網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量的方式，提高氨氣與氮氧化物質(zhì)的反應(yīng)接觸面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

在完成針對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的噴氨調(diào)節(jié)與控制方法設(shè)計(jì)后，下述將以某地區(qū)大型電廠作為試點(diǎn)單位，使用該文設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行SCR脫硝系統(tǒng)的控制效果檢驗(yàn)。根據(jù)大量的實(shí)踐與電廠企業(yè)負(fù)責(zé)人反饋的信息，對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中入口位置煙氣參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。

表1 SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中入口煙氣參數(shù)

在應(yīng)用該文方法前，檢測(cè)SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中入口煙氣的壓力（Pa）、溫度（攝氏度）、濃度（g/Nm）等參數(shù)。將此部分?jǐn)?shù)據(jù)作為試驗(yàn)中的參照數(shù)據(jù)。

根據(jù)此電廠負(fù)責(zé)人反饋，企業(yè)針對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行，采用的是復(fù)合控制方法進(jìn)行噴氨量的控制與主動(dòng)調(diào)節(jié)。獲取SCR脫硝系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析在控制前，SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行工況。如圖1所示。

在圖1中，曲線(xiàn)A表示測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中入口位置氮氧化物質(zhì)的濃度或含量；曲線(xiàn)B表示測(cè)試系統(tǒng)入口位置噴氨量；曲線(xiàn)C表示測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出口位置氮氧化物質(zhì)的濃度或含量。

根據(jù)圖1中3條曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)可以看出，噴氨量并未能隨著入口氮氧化物值的濃度的變化而發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致出口氮氧化物值的濃度變化曲線(xiàn)的波動(dòng)幅度較大。盡管出口氮氧化物值的濃度已呈現(xiàn)一定的降低趨勢(shì)，但此種控制模式極易導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)高負(fù)荷問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)的脫硝效果不理想。綜上所述，該電廠現(xiàn)行應(yīng)用的脫硝系統(tǒng)控制方法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的控制效果較差。

圖1 精細(xì)控制前SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行工況

在此基礎(chǔ)上，使用該文設(shè)計(jì)的方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行主動(dòng)、精細(xì)化控制。控制過(guò)程中，先使用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)入口位置煙氣參數(shù)的量測(cè)，掌握進(jìn)入煙氣的參數(shù)條件后，通過(guò)計(jì)算偏差系數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)氨氣量補(bǔ)償，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)噴氨的主動(dòng)控制與精細(xì)調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)PID技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的控制，擺脫系統(tǒng)在運(yùn)行中受到外界環(huán)境或其他因素干擾的問(wèn)題。

將集成該文控制方法后的SCR脫硝系統(tǒng)投入使用，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，對(duì)系統(tǒng)入口物質(zhì)、出口位置導(dǎo)入煙氣等物質(zhì)的濃度、噴氨量參數(shù)進(jìn)行主動(dòng)獲取。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)捕捉技術(shù)，將SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中的實(shí)時(shí)參數(shù)繪制成曲線(xiàn)圖，如圖2所示。

圖2 精細(xì)控制后SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行工況

在圖2中，曲線(xiàn)A1表示控制后SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中入口氮氧化物值的濃度；曲線(xiàn)B1表示控制后SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中的噴氨量；曲線(xiàn)C1表示控制后SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中出口氮氧化物值的濃度。

根據(jù)圖2中3條曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)可以看出，使用該文設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)與控制方法進(jìn)行SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行控制，可以確保系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，噴氨量隨著入口氮氧化物值濃度的變化而發(fā)生變化，即確保系統(tǒng)在運(yùn)行中不同物質(zhì)濃度具有較強(qiáng)的平衡性。同時(shí)，在此種控制模式下，SCR脫硝系統(tǒng)出口氮氧化物值的濃度也被控制在了一個(gè)較低的數(shù)值。

綜上所述可得出該文試驗(yàn)的最終結(jié)論：此次設(shè)計(jì)的噴氨精細(xì)調(diào)節(jié)與控制方法，在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的控制效果，可以實(shí)現(xiàn)在控制噴氨量的同時(shí)，降低系統(tǒng)運(yùn)行出口氮氧化物值的濃度，進(jìn)而發(fā)揮系統(tǒng)更高的效能。

5 結(jié)語(yǔ)

該文研究的SCR脫硝系統(tǒng)，其本質(zhì)是一種使用催化試劑輔助煙氣脫硝的還原系統(tǒng)，通常系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)將氨氣作為還原物質(zhì)，將適量的氨氣注入系統(tǒng)中，將其系統(tǒng)煙道中的煙氣進(jìn)行混合處理，在適宜的條件下，氨氣將與反應(yīng)器中的氮氧類(lèi)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而將煙氣轉(zhuǎn)化為水體與氮?dú)?。為發(fā)揮該系統(tǒng)更高的效能，該文從3個(gè)方面，以SCR脫硝系統(tǒng)為例，針對(duì)該系統(tǒng)在運(yùn)行中的噴氨行為進(jìn)行精細(xì)化調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)。完成設(shè)計(jì)后，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的控制方法在實(shí)際應(yīng)用中具有良好效果，可以起到控制系統(tǒng)運(yùn)行宏觀調(diào)節(jié)與綜合運(yùn)行的效果。