羅相全

浙江大唐天地環(huán)?？萍加邢薰?/p>

脫硝噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)化

羅相全

浙江大唐天地環(huán)?？萍加邢薰?/p>

目前國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組的SCR脫硝控制系統(tǒng)由于控制策略設(shè)計(jì)不完善、控制目標(biāo)不夠明確、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件限制等問(wèn)題，系統(tǒng)的自動(dòng)投入率和投入效果較差，使得整個(gè)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行性能受到明顯影響。鑒于此，本文就脫硝噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)化展開(kāi)探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

控制策略；控制品質(zhì)；預(yù)測(cè)控制

1 目前脫硝噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

1.1 控制目標(biāo)不與考核目標(biāo)對(duì)應(yīng)

環(huán)保部門(mén)最終對(duì)電廠進(jìn)行考核核算的指標(biāo)是煙囪入口處的NOx濃度測(cè)量值(由CEMS表計(jì)測(cè)得)。而目前自動(dòng)調(diào)節(jié)控制目標(biāo)是SCR出口的NOx，由于SCR出口NOx濃度與煙囪入口NOx濃度不論在靜態(tài)關(guān)系還是動(dòng)態(tài)特性上均存在著較大的差別，也使得電廠的最終環(huán)?？己私Y(jié)果不佳。

1.2 控制策略設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，與脫硝被控對(duì)象不相適應(yīng)

根據(jù)試驗(yàn)情況，脫硝被控對(duì)象(NH3流量→煙囪入口NOx濃度)的響應(yīng)純延遲時(shí)間接近3分鐘，整個(gè)響應(yīng)過(guò)程達(dá)十幾分鐘，是典型的大滯后被控對(duì)象，控制系統(tǒng)想要獲得良好的控制品質(zhì)，必須以基于大滯后被控對(duì)象的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行優(yōu)化。而目前普遍應(yīng)用的控制策略均采用簡(jiǎn)單的PID+前饋的方案，必然無(wú)法獲得良好的控制品質(zhì)。

1.3 控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)分依賴(lài)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的完好性

SCR進(jìn)、出口的NOx、O2測(cè)量?jī)x表由于長(zhǎng)期運(yùn)行在灰、塵較高的環(huán)境下，容易出現(xiàn)部分或整體失真的情況，且儀表的定期吹掃、標(biāo)定也會(huì)使測(cè)量值瞬間突變。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的脫硝控制策略對(duì)上述問(wèn)題均無(wú)相應(yīng)應(yīng)對(duì)，一旦某個(gè)測(cè)點(diǎn)失靈特別是出口NOX測(cè)量?jī)x表故障時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)即處于癱瘓，系統(tǒng)的長(zhǎng)期可用性明顯受到影響。出現(xiàn)上述問(wèn)題的主要原因是：目前國(guó)內(nèi)的脫硝控制策略過(guò)于簡(jiǎn)單，對(duì)于煤種多變、機(jī)組負(fù)荷受AGC頻繁調(diào)度、測(cè)量?jī)x表存在失真的脫硝運(yùn)行環(huán)境，則應(yīng)將先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到脫硝優(yōu)化控制中來(lái)，才能獲得滿意的控制品質(zhì)。

2 SCR脫硝基本原理

燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的NOx主要來(lái)源于燃料型NOx和熱力型NOx。根據(jù)NOx生成機(jī)理，控制NOx的技術(shù)主要包括燃燒時(shí)盡量避免NOx的生成技術(shù)和NOx生成后的煙氣脫除技術(shù)。SCR技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，采用NH3作還原劑，煙氣中NOx在經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)器時(shí)，在催化劑的作用下被還原成無(wú)害的N2和H2O。煙氣中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。要實(shí)現(xiàn)高效率脫硝，噴氨流量的控制至關(guān)重要。若噴氨量超過(guò)需求量，則NH3氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增大，降低NOx的脫除效率，同時(shí)形成有害的副產(chǎn)品，即硫酸銨(NH4)2SO4和硫酸氫銨NH4HSO4，加劇對(duì)空氣預(yù)熱器換熱元件的堵塞和腐蝕；若噴氨量小于需求量，則反應(yīng)不充分，造成NOx排放超標(biāo)。由于噴氨量主要由氨流量調(diào)節(jié)閥控制，因此為保證脫硝出口NOx排放濃度滿足環(huán)保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脫硝系統(tǒng)噴氨自動(dòng)控制的品質(zhì)尤為重要。

3 噴氨自動(dòng)控制優(yōu)化措施

3.1 脫硝噴氨自動(dòng)控制的優(yōu)化

根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化現(xiàn)有的脫硝噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)脫硝進(jìn)出口CEMS系統(tǒng)全面細(xì)致檢查，測(cè)點(diǎn)選取不當(dāng)?shù)倪M(jìn)行移位改造；合理調(diào)整自動(dòng)吹掃/標(biāo)定時(shí)間及間隔時(shí)間，防止脫硝進(jìn)出口CEMS裝置的吹掃時(shí)間重合，最大程度保證接收的NOx、O2含量等參數(shù)的真實(shí)性；通過(guò)噴氨格柵(AIG)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，調(diào)整每路進(jìn)氨支管手閥的開(kāi)度，調(diào)整不同區(qū)域的噴氨量，最終達(dá)到噴氨均勻；對(duì)噴氨調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修，并重新調(diào)試定位，使兩側(cè)閥門(mén)開(kāi)度與流量特性盡量一致，并在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中利用函數(shù)修正閥門(mén)特性。此外，也優(yōu)化了控制系統(tǒng)邏輯，由于PLC實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模擬量控制較為困難，利用電流信號(hào)隔離器，將與噴氨自動(dòng)相關(guān)的參數(shù)測(cè)點(diǎn)同時(shí)引入PLC與DCS中，并在DCS中對(duì)噴氨自動(dòng)控制進(jìn)行邏輯組態(tài)，然后將調(diào)節(jié)閥自動(dòng)指令再送回PLC輸出，脫硝噴氨自動(dòng)的投切、給定值設(shè)定、流量偏置等與自動(dòng)相關(guān)的操作仍在原輔網(wǎng)畫(huà)面進(jìn)行，僅在DCS中進(jìn)行邏輯運(yùn)算。將控制邏輯引入DCS后，對(duì)噴氨自動(dòng)控制策略?xún)?yōu)化，優(yōu)化后主體仍采用串級(jí)回路控制，基于出口

3.2 主調(diào)及副調(diào)控制回路的優(yōu)化

主調(diào)控制回路不再修正摩爾比，而是根據(jù)出口NOx質(zhì)量濃度與其設(shè)定值的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出，直接對(duì)計(jì)算出理論所需的噴氨流量進(jìn)行修正(修正范圍0.7～1.3)。理論所需的噴氨流量則是由燃料量所計(jì)算出的煙氣量乘以入口NOx質(zhì)量濃度與出口NOx設(shè)定值之差，再乘以二者摩爾比得到氨氣需求量。副調(diào)控制回路由主調(diào)回路修正后得到的噴氨流量，加上運(yùn)行人員手動(dòng)偏置量，作為副調(diào)的給定值，與噴氨流量測(cè)量值的偏差經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)后輸出自動(dòng)控制指令，控制噴氨流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，改變噴氨量大小。為了減小系統(tǒng)遲延的影響，在控制系統(tǒng)中引入了變負(fù)荷前饋；另外，由于燃燒工況的變化會(huì)影響入口NOx質(zhì)量濃度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)入口NOx質(zhì)量濃度迅速上升，出口NOx質(zhì)量濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)已來(lái)不及，觀察發(fā)現(xiàn)尾部煙道處煙氣氧量測(cè)點(diǎn)，能提前反應(yīng)入口NOx質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)，引入氧量信號(hào)作為前饋，來(lái)減少遲延與超調(diào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)雖然有了明顯改善，但是隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，以及超低排放改造的實(shí)施，對(duì)脫硝噴氨這種大延遲自動(dòng)控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制將很難滿足現(xiàn)場(chǎng)控制要求，因此探索結(jié)合模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、史密斯預(yù)估等先進(jìn)控制算法進(jìn)行優(yōu)化，是今后學(xué)習(xí)工作的一個(gè)方向，以期找到合理的控制策略，提高控制品質(zhì)，滿足脫硝自動(dòng)控制的要求，為脫硝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障。

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[2] 宋益純.優(yōu)化SCR脫硝監(jiān)控系統(tǒng)，降低脫硝運(yùn)行成本[A].中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.2016燃煤電廠超低排放形勢(shì)下SCR(SNCR)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行管理及氨逃逸與空預(yù)器堵塞技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C].中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟：，2016：5.