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        基于脫硝系統(tǒng)改造的自動化優(yōu)化分析

        2025-02-20 00:00:00劉俊良高正東杜宇航
        機電信息 2025年3期
        關(guān)鍵詞:煙氣系統(tǒng)

        摘要:某電廠脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR脫硝裝置),原吸收劑為純氨?,F(xiàn)實施液氨改尿素項目,改為SCR聯(lián)合脫硝工藝,還原劑為尿素水解氨。通過對改造完成后的脫硝系統(tǒng)進行建模,針對脫硝系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的對自動調(diào)節(jié)效果有影響的因素進行系統(tǒng)辨識,設(shè)計調(diào)節(jié)回路,使脫硝系統(tǒng)精準噴氨,保證機組經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

        關(guān)鍵詞:300 MW機組;脫硝控制;NOx預(yù)測分析

        中圖分類號:X773;TP273" " 文獻標志碼:A" " 文章編號:1671-0797(2025)03-0060-05

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.016

        0" " 引言

        某電廠建設(shè)規(guī)模2×300 MW燃煤發(fā)電機組,采用一次再熱、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機,配2×1 065 t/h國產(chǎn)亞臨界、四角切圓燃燒、一次中間再熱、固態(tài)排渣爐。脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR脫硝裝置),原吸收劑為純氨,在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下,脫硝效率不小于92%;催化劑3層布置,氨的逃逸率≤3×10-6,SO2/SO3轉(zhuǎn)化率lt;1%;脫硝出口NOx折算值濃度lt;30 mg/Nm3。

        本期工程規(guī)模:建設(shè)2×300 MW液氨改尿素項目,其中本工程智能噴氨及噴氨優(yōu)化系統(tǒng)所涉及的機組為1號機組,脫硝采用SCR聯(lián)合脫硝工藝,尿素水解氨作為脫硝還原劑,NOx排放濃度lt;30 mg/Nm3(標態(tài),干基,基準氧含量6%)。

        脫硝系統(tǒng)為本身明顯具備時滯性及很大慣性的自動化調(diào)節(jié)對象,在機組運行的實際生產(chǎn)過程中,煤質(zhì)、煤量、氧量變化及變負荷過程中出現(xiàn)的啟停磨,尿素水解氨中尿素含量和供汽壓力的不穩(wěn)定,甚至調(diào)閥不同開度區(qū)間調(diào)閥線性的差異,都會對脫硝系統(tǒng)投入自動化控制造成非常大的影響。

        1" " 脫硝系統(tǒng)自動化優(yōu)化中的影響因素

        1.1" " 脫硝系統(tǒng)應(yīng)用氨氮摩爾系數(shù)前饋替代傳統(tǒng)PID進行自動化調(diào)節(jié)

        因為脫硝系統(tǒng)本身明顯具備時滯性及很大慣性的特性,運行人員在手動調(diào)節(jié)過程中只能依靠“壓低”調(diào)節(jié)使氨過量供給,這樣才能使凈煙氣的NOx含量不超標,但這會造成水解氨在空預(yù)器中的過量剩余,導(dǎo)致煙氣中的硫化物與氨氣反應(yīng),在空預(yù)器中合成具備黏性和不易清理的硫酸氫銨,造成空預(yù)器堵塞[1]。傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)只能依靠被調(diào)量(凈煙氣或SCR反應(yīng)器出口)的NOx目標值與設(shè)定值進行調(diào)節(jié)。但基于脫硝系統(tǒng)本身的時變性及滯后性,傳統(tǒng)PID控制方案這種依靠NOx目標值和設(shè)定值偏差來指導(dǎo)噴氨調(diào)閥開度的優(yōu)化措施會有很大的延遲,導(dǎo)致變負荷工況下或機組平穩(wěn)運行時如有其他因素對機組平穩(wěn)燃燒造成巨大影響,則SCR出口的NOx將發(fā)生劇烈波動,從而造成環(huán)保對電廠的考核[2]。

        基于傳統(tǒng)方案的劣勢,針對機組變負荷及不平穩(wěn)燃燒的工況設(shè)計了氨氮摩爾比系數(shù)方案,此方案的核心是對不同負荷段的不同煙氣量中NOx含量及濃度進行計算,建立針對各個不同負荷段的入口NOx含量的氨氮摩爾系數(shù),在不同負荷下針對不同的入口NOx計算噴氨量。這樣可以及時應(yīng)對機組的不穩(wěn)定運行工況,弱化PID的作用,使PID控制器的輸出量僅作為被調(diào)量的修正量。圖1為氨氮摩爾系數(shù)邏輯SAMA圖。

        1.2" " 機組運行中氧量對NOx的影響及針對性優(yōu)化

        爐膛內(nèi)的氧量對NOx的生成有非常大的影響,在穩(wěn)態(tài)燃燒過程中,運行人員可能會因為不同因素對爐膛進行加風或減風,或者煤量等其他因素的波動也會造成氧量變化。而氧量的增加會使燃燒更加充分,導(dǎo)致燃燒溫度升高,NOx的含量與燃燒溫度關(guān)系密切,溫度越高,氮氣(N2)和氧氣(O2)越容易反應(yīng)生成NO和NO2。這種反應(yīng)稱為熱力學NOx生成,因為高氧量往往伴隨著高溫,而高溫又會導(dǎo)致NOx含量的劇烈提升,燃料中的氮化合物(如氨或氨基化合物)在高氧條件下也會更容易轉(zhuǎn)化為NOx。但是爐膛氧量提升后NOx到出口還有一定的時間。

        針對此種情況設(shè)計了氧量前饋,在氧量升高時,前饋會針對氧量升高幅度對噴氨量進行預(yù)測調(diào)整。即針對爐膛氧量的變化對入口的NOx進行預(yù)測并給出提前量,使被調(diào)量的變化趨勢更加平穩(wěn)。

        1.3" " 啟停磨對NOx的影響及針對性優(yōu)化

        在運行過程中發(fā)現(xiàn),啟停磨會對入口NOx造成劇烈影響,導(dǎo)致被調(diào)量的劇烈波動,而啟停磨又是運行人員針對運行工況的操作,DCS系統(tǒng)并不能對啟停磨操作進行提前預(yù)測。啟磨過程中,運行人員先用一次風進行暖磨,會導(dǎo)致爐膛氧量提升[3],空氣系數(shù)(O2量)的變化也會影響NOx的生成。當鍋爐氧量增加時,NOx濃度呈現(xiàn)正向變化趨勢。這是因為燃料中的氮化合物與大量的O2發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生大量的燃料型NOx。停磨時,因為磨煤機停止運行,造成爐膛內(nèi)燃燒的煤粉量減少,這樣會對燃燒的效率和特性造成影響,進而導(dǎo)致煙氣中的NOx含量升高。首先,停磨后,因為燃料量的減少,爐膛內(nèi)的燃燒氧量會相對增高,進而造成燃燒的局部升溫,熱力型NOx會在此種環(huán)境中急劇增加。其次,當一臺磨煤機停止后,某些區(qū)域的氧氣和燃料濃度比會發(fā)生變化,導(dǎo)致局部生成更多的燃料型NOx。另外,在磨煤機停運的情況下,運行人員可能會調(diào)整燃燒器的配風,以保持爐膛內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性。這種調(diào)整可能會導(dǎo)致更多的空氣進入燃燒區(qū)域,提高燃燒溫度或提供更多的氧氣,從而促進NOx的生成。因此,啟停磨對機組NOx的影響非常大,應(yīng)基于磨煤機的運行狀態(tài)判斷是否在啟停磨。

        本方案用計數(shù)塊對磨煤機運行臺數(shù)進行計數(shù),在啟停磨時進行前饋預(yù)測,針對NOx含量提前進行噴氨閥門的調(diào)整,從而使被調(diào)量(出口NOx或凈煙氣NOx)趨勢更加平穩(wěn)。

        2" " 應(yīng)用上述針對性措施后效果展示

        1)應(yīng)用氨氮摩爾系數(shù)后,在變負荷及工況突然變化情況下不同負荷段被調(diào)量的曲線如圖2所示,可以看出被調(diào)量的變化始終在驗收規(guī)程允許的范圍內(nèi),且對NOx含量的突然變化,此方案能及時響應(yīng),并將被調(diào)量調(diào)至穩(wěn)態(tài)。此方案相較傳統(tǒng)PID控制方案對脫硝系統(tǒng)的調(diào)試更為合適。

        2)應(yīng)用氧量前饋后,在機組變負荷及非穩(wěn)態(tài)工況下,被調(diào)量曲線趨勢更加平穩(wěn)。在氧量變化時,氧量預(yù)測前饋可以提前預(yù)測入口NOx變化趨勢,并使噴氨調(diào)閥提前動作,使被調(diào)量曲線無大幅波動。圖3為應(yīng)用氧量前饋前凈煙氣NOx折算值波動趨勢,圖4為應(yīng)用氧量前饋后凈煙氣NOx折算值波動趨勢。

        3)應(yīng)用啟停磨前饋后,機組大幅升降負荷期間,凈煙氣NOx含量一直滿足環(huán)保要求。圖5為啟停磨擾動情況,圖6為應(yīng)用前饋后被調(diào)量趨勢。

        3" " 結(jié)束語

        根據(jù)優(yōu)化前后曲線對比可以明顯得出,氧量和啟停磨對機組脫硝自動化調(diào)節(jié)影響非常大,而脫硝系統(tǒng)又是一個具有時變性和滯后性的系統(tǒng),在環(huán)保要求日益嚴格的如今,運行人員手動調(diào)節(jié)時采用盡量壓低多噴的方法,會生成硫氫化合物粘附在空預(yù)器上,影響空預(yù)器壽命。而本文所用方案能實現(xiàn)對脫硝系統(tǒng)入口NOx含量的精準預(yù)測,針對啟停磨及機組工況變化進行提前噴氨,有效降低出口NOx含量的波動幅度,實現(xiàn)機組全負荷段100%自動化投入,且調(diào)節(jié)效果良好,從而減輕了運行人員操作負擔,維護了機組安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

        [參考文獻]

        [1] 樊泉桂.鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社,2004.

        [2] 陳皓煒,賈新春,孫小明,等.SCR脫硝系統(tǒng)的強化學習復(fù)合串級控制[J].動力工程學報,2022,42(5):421-428.

        [3] 葉濤.熱力發(fā)電廠[M].4版.北京:中國電力出版社,2012.

        收稿日期:2024-10-28

        作者簡介:劉俊良(1997—),男,河南人,工程師,研究方向:機組協(xié)調(diào)運行。

        高正東(1986—),男,甘肅人,工程師,研究方向:機組協(xié)調(diào)運行。

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