南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司 周 宇

脫硝SCR儀表及控制方案分析

南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司 周 宇

當(dāng)前，我國火力發(fā)電廠煙氣脫硝主要采用選擇性催化還原法脫硝技術(shù)（即SCR），通過對煙氣進(jìn)行脫硝處理，減少煙氣中的NOx，保護(hù)大氣環(huán)境。在整個控制系統(tǒng)中，脫硝SCR儀表發(fā)揮著不可替代的重要作用，所以應(yīng)加大對脫硝SCR儀表的分析研究，積極優(yōu)化脫硝SCR控制方案，不斷提高脫硝SCR控制水平。本文分析了脫硝SCR儀表選型，闡述了脫硝SCR控制系統(tǒng)。

脫硝SCR儀表；控制方案

近年來，我國可持續(xù)發(fā)展理念持續(xù)深入，繼硫氧化物、粉塵以后氮氧化物成為火電廠煙氣治理的重要內(nèi)容，脫硝SCR具有脫硝效率高、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，受到廣大火電廠的青睞。為了進(jìn)一步提高脫硝SCR控制系統(tǒng)的使用性能，應(yīng)注意脫硝SCR控制中的各項(xiàng)問題，選擇合適的脫硝SCR儀表，采用高效的控制方案，確保脫硝SCR控制的穩(wěn)定性。

一、脫硝SCR儀表選型

結(jié)合脫硝SCR工藝檢測工況，脫硝SCR儀表應(yīng)符合相關(guān)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)場工況選擇防爆和非防爆產(chǎn)品，防爆產(chǎn)品需通過中國相關(guān)產(chǎn)品的防火防爆認(rèn)證，加強(qiáng)和供貨商的交流溝通，做好充分調(diào)研，選擇優(yōu)質(zhì)的脫硝SCR儀表產(chǎn)品。煙氣脫硝SCR中，液位、流量和壓力測量選擇智能液位/差壓/壓力變送器，這些設(shè)備包含Profibus PA或Hart等接口，如3051系列、SITRANS等。氣動調(diào)節(jié)閥控制選擇ABB、西門子、FISHER、Azbil等智能閥門定位器，超聲波液位計(jì)選擇有防爆認(rèn)證的、有Profibus PA或Hart接口的兩線制產(chǎn)品。氨流量計(jì)選擇有防爆認(rèn)證的、有Profibus PA或Hart接口的產(chǎn)品。氣動開關(guān)閥門選擇包含配套選擇有防爆認(rèn)證的電磁閥等。熱電阻、熱電偶根據(jù)需要選擇防爆及非防爆產(chǎn)品。此外還需要配置氨泄露報(bào)警儀（防爆）。

二、脫硝SCR控制系統(tǒng)

脫硝SCR控制系統(tǒng)包含還原劑、除灰、吹灰系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器區(qū)等控制，分為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護(hù)、順序控制系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。當(dāng)前，火力發(fā)電廠脫硝SCR裝置主要設(shè)置在空氣預(yù)熱器和鍋爐省煤器之間，該位置為高灰段，制備區(qū)布置和還原劑存儲比較獨(dú)立，對于脫硝SCR控制系統(tǒng)，應(yīng)合理劃分控制功能，布置不同區(qū)域儀表。SCR區(qū)的所有儀表及設(shè)備控制和反饋信號進(jìn)入主機(jī)SCR DCS，SCR DCS安裝在主機(jī)電子設(shè)備間，SCR DCS集中安裝利于維護(hù)和管理。制備區(qū)和還原劑存儲區(qū)設(shè)置遠(yuǎn)程SCR DCS站，最終接入主機(jī)DCS。脫硝SCR系統(tǒng)由SCR DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，SCR控制系統(tǒng)作為機(jī)組DCS系統(tǒng)的一部分，運(yùn)行人員直接通過集控室中的DCS操作員站對脫硝SCR系統(tǒng)操作。

結(jié)合SCR反應(yīng)器出口氨逃逸量、進(jìn)出口NOx濃度、鍋爐煙氣溫度、煙氣流量等參數(shù)，脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)對噴氨量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。脫硝SCR噴氨量控制原理圖，如圖1所示。

圖1 脫硝SCR噴氨量控制原理圖

1.煙氣流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)主要是根據(jù)煙氣流量有效控制噴氨量，所以煙氣流量測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對于噴氨量控制效果有著直接影響。當(dāng)前，煙氣流量測量主要根據(jù)噴氨格柵阻力、DCS的鍋爐總風(fēng)量、主蒸汽流量信號或者熱量需求信號、DCS的燃料量、DCS的鍋爐負(fù)荷等，計(jì)算煙氣流量，或者設(shè)置煙氣流量測量設(shè)備、機(jī)翼型噴氨格柵，對煙氣流量進(jìn)行測量。

2.氨流量測量

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，其對于氨流量測量的要求非常高，經(jīng)過溫度和壓力修正，科學(xué)計(jì)算氨流量。當(dāng)前，很多火電廠的脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)引入質(zhì)量流量計(jì)，在計(jì)算DCS時(shí)，不用進(jìn)行密度修正。

3.O2和NOx測量

O2測量可采用電化學(xué)分析法、氧化鋯法、順磁法，其中電化學(xué)分析法和順磁法應(yīng)用比較廣泛。在測量NOx時(shí)，運(yùn)用紅外吸收儀表，采用非分散紅外測量法，對煙氣進(jìn)行直接抽取測NOx，這種方法需要提前設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng)，通過提高伴熱溫度，縮短伴熱管線長度，設(shè)置專用伴熱管線橋架等措施，提高控制測量準(zhǔn)確性。O2和NOx信號首先進(jìn)入脫硝CEMS系統(tǒng)中，然后從脫硝CEMS系統(tǒng)通過硬接線方式將O2和NOx信號輸送到SCR-DCS中，實(shí)現(xiàn)有效控制和準(zhǔn)確計(jì)算，并且連接環(huán)保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口。

4.控制方案

以出口NOx濃度為主調(diào)節(jié)器設(shè)定值，以出口NOx濃度測量值為被調(diào)量，經(jīng)過PID運(yùn)算，得出噴氨量，副調(diào)節(jié)器設(shè)定值為噴氨量，氨流量測量值和噴氨量的差值經(jīng)過PID運(yùn)算以后，獲取相關(guān)指令用于調(diào)節(jié)噴氨調(diào)節(jié)閥?？紤]到催化劑、反應(yīng)器、脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)存在明顯滯后，所以在噴氨量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前饋回路，根據(jù)進(jìn)出口NOx濃度和煙氣流量，計(jì)算噴氨量和NOx脫除量，對機(jī)組負(fù)荷變化進(jìn)行快速響應(yīng)。

5.PID參數(shù)優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間應(yīng)控制約200s，主調(diào)節(jié)器積分時(shí)間控制在300s左右，并且在現(xiàn)場優(yōu)化或者整定氨區(qū)蒸發(fā)器PID參數(shù)。

6.定值優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)投運(yùn)以后，結(jié)合火電廠實(shí)際運(yùn)營要求和脫硝SCR系統(tǒng)運(yùn)行情況，準(zhǔn)確核定和優(yōu)化廢水池液位、除灰控制時(shí)序、吹灰控制時(shí)序、報(bào)警限值、控制系統(tǒng)設(shè)定值等控制參數(shù)。

7.SCR出口NOx控制優(yōu)化

若機(jī)組負(fù)荷變化比較大，回路參數(shù)沒有經(jīng)過整定、回路參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、前饋控制回路設(shè)置不科學(xué)以及沒有考慮噴氨量受煙氣流量變化的影響等，這些都會造成控制系統(tǒng)跟蹤性能較差或者SCR出口NOx濃度波動較大。控制系統(tǒng)對機(jī)組負(fù)荷變化保持良好的跟蹤性能，這需要設(shè)計(jì)噴氨量和理論計(jì)算噴氨量保持一致，所以應(yīng)優(yōu)化控制系統(tǒng)跟蹤參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最小化的主調(diào)節(jié)器輸出，當(dāng)達(dá)到主調(diào)節(jié)器最小化輸出時(shí)，SCR出口NOx濃度不需要經(jīng)過PID運(yùn)算跟蹤機(jī)組負(fù)荷，這時(shí)前饋回路噴氨量達(dá)到脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)運(yùn)行要求，因此這是最有效和簡單的優(yōu)化方案。

8.系統(tǒng)優(yōu)化

脫硝SCR噴氨量控制系統(tǒng)優(yōu)化主要是采用先進(jìn)的氨逃逸率控制技術(shù)，在相同控制條件和同等設(shè)備基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化控制系統(tǒng)，優(yōu)化噴氨時(shí)機(jī)，尤其是對于機(jī)組負(fù)荷變化高噴氨量控制響應(yīng)速度，防止沒有及時(shí)跟蹤噴氨量，造成氨逃逸率超標(biāo)。

三、結(jié)束語

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，而環(huán)境污染問題也越來越突出，為了滿足可持續(xù)發(fā)展要求，火電廠必須積極轉(zhuǎn)型升級，改進(jìn)和優(yōu)化脫硝SCR儀表和控制方案，對煙氣中NOx和氨氣比例進(jìn)行有效控制，提高控制系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)的控制精度。

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周宇（1982—），男，江蘇徐州人，大學(xué)本科，中級工程師，研究方向：儀表自動化設(shè)計(jì)。