黃 蒙 李 煒 趙亮宇

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南 250013）

現(xiàn)階段，我國(guó)較多的燃煤火力發(fā)電企業(yè)在建設(shè)鍋爐脫硝裝置以及改造過(guò)程中，已經(jīng)將脫硝噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在的自動(dòng)調(diào)節(jié)以及整定等方面的問(wèn)題確定下來(lái)。換言之，脫硝的出口、入口煙氣流量以及濃度波動(dòng)幅度普遍較大，存在不規(guī)律的情況，這導(dǎo)致火力發(fā)電企業(yè)在供電期間，往往會(huì)產(chǎn)生大量污染氣體，不僅嚴(yán)重污染外界環(huán)境，也與我國(guó)的環(huán)保要求相背離。當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)提升了NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)，使得火力發(fā)電企業(yè)不得不大力提升脫銷效率。

1 SCR煙氣脫硝技術(shù)

我國(guó)SCR煙氣脫硝技術(shù)起步較晚，伴隨我國(guó)氮氧化物減排要求的提升，SCR煙氣脫硝技術(shù)也得到快速發(fā)展。一般而言，SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分，即SCR反應(yīng)器區(qū)、除灰和還原劑區(qū)以及蒸汽與聲波吹灰等系統(tǒng)的控制。

通常，SCR脫硝裝置被均勻地布置在高灰段，主要被安裝在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間。還原劑存儲(chǔ)和制備區(qū)的布置處于獨(dú)立狀態(tài)，為此SCR脫硝控制系統(tǒng)作為單元系統(tǒng)，對(duì)兩個(gè)區(qū)域的儀表布置以及控制功能的劃分情況需特別重視。

脫硝反應(yīng)器區(qū)域控制系統(tǒng)主要應(yīng)用的SCR控制子系統(tǒng)較為獨(dú)立，將其納入各個(gè)機(jī)組的DCS中，使其形成SCRDCS。在機(jī)組電子間，SCR-DCS能夠被集中安裝在其中，也能夠利用機(jī)組DCS遠(yuǎn)程站將其就地放置。但是，機(jī)組DCS遠(yuǎn)程站方式對(duì)于就地脫硝電子間環(huán)境有著較高的要求，為此該種方式不推薦使用。而SCR-DCS集中安裝方式在維護(hù)管理方面有著積極意義，加之遠(yuǎn)程I/O站方式在不給系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性以及操作監(jiān)視效率帶來(lái)負(fù)面影響的前提下，其設(shè)備以及安裝成本被控制在最低狀態(tài)。

2 常規(guī)噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

噴氨量控制系統(tǒng)主要根據(jù)鍋爐煙氣流量以及煙氣溫度、SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx等參數(shù)，對(duì)噴氨量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以確保噴氨量在可控以及合理的范圍內(nèi)。

首先，在信號(hào)測(cè)量方面進(jìn)行控制。信號(hào)測(cè)量主要對(duì)煙氣流量進(jìn)行測(cè)量。噴氨量控制期間，往往需要按照煙氣流量對(duì)噴氨量展開(kāi)嚴(yán)格的控制，而氨量的控制效果以煙氣流量測(cè)量的準(zhǔn)確性為主。而煙氣流量的計(jì)算方法主要有：通過(guò)DCS鍋爐負(fù)荷對(duì)煙氣流量進(jìn)行計(jì)算；按照熱量需求信號(hào)以及主蒸汽流量信號(hào)對(duì)煙氣流量計(jì)算等[1]。

另外，可以根據(jù)DCS總風(fēng)量對(duì)煙氣流量展開(kāi)嚴(yán)格的計(jì)算，但是總風(fēng)量的測(cè)量存在較大誤差。在氨流量測(cè)量方面，噴氨量控制系統(tǒng)往往對(duì)流量測(cè)量有較高的要求，同時(shí)在流量計(jì)算方面還需要經(jīng)過(guò)密度修正的過(guò)程，而在對(duì)DCS進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，密度修正可以忽略。

3 優(yōu)化煙氣SCR控制策略分析

3.1 優(yōu)化還原劑消耗

通常，SCR脫硝系統(tǒng)中的還原劑主要有三種，即氨水、無(wú)水氨和尿素。其中，氨的毒性較強(qiáng)，在一定濃度單位之內(nèi)還擁有可燃性以及燃爆性。為此，氨往往被認(rèn)為是一種危險(xiǎn)物。這些危險(xiǎn)性質(zhì)的存在，致使火電廠SCR系統(tǒng)運(yùn)行期間，需對(duì)氨采取一種特殊的保護(hù)措施。例如，不斷優(yōu)化還原劑，嚴(yán)格控制還原劑的整體消耗量，以達(dá)到氨保護(hù)的效果

當(dāng)SCR脫硝系統(tǒng)啟動(dòng)并正常投運(yùn)后，為了達(dá)到預(yù)期脫硝效果以及其他脫硝技術(shù)指標(biāo)，人們要做好系統(tǒng)控制和參數(shù)優(yōu)化等工作。

首先，需要定值優(yōu)化。在投入運(yùn)行后，需按照SCR脫硝系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)定值、報(bào)警限值與吹灰控制時(shí)序等的控制參數(shù)進(jìn)行核定與優(yōu)化。

其次，對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在噴氨量控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器積分最為合適的時(shí)間段為300～400s；副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間則在200s左右最為合適。對(duì)于氨區(qū)蒸發(fā)器等設(shè)備所控制的PID參數(shù)，往往需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定和優(yōu)化。

另外，SCR出口NOx控制對(duì)機(jī)組負(fù)荷跟蹤性能展開(kāi)優(yōu)化。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)較大變化時(shí)，此時(shí)SCR出口NOx的濃度便會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，其主要原因在于沒(méi)有全面考慮煙氣流量變化給噴氨帶來(lái)的影響，此外還有回路參數(shù)設(shè)計(jì)不合理等原因[2]。因此，人們要對(duì)控制系統(tǒng)跟蹤參數(shù)展開(kāi)有效優(yōu)化，使得主調(diào)節(jié)器處于輸出最小化狀態(tài)。一般而言，主調(diào)節(jié)器輸出最小化表現(xiàn)在SCR出口NOx濃度不需要通過(guò)PID運(yùn)算跟蹤機(jī)組負(fù)荷，這表明前饋回路所計(jì)算出來(lái)的噴氨量已經(jīng)最大限度地滿足相關(guān)控制要求，可見(jiàn)，主調(diào)節(jié)器的輸出最小化便是最為簡(jiǎn)單有效的優(yōu)化方案。

3.2 優(yōu)化吹灰系統(tǒng)

火電機(jī)組在運(yùn)行期間，不同位置受熱面積不同，致使其積灰與結(jié)渣傾向以及速度等存在較大的偏差，因此不同位置受熱所需要避免的灰沉積對(duì)象也存在極大的不同點(diǎn)[3]。定期的吹灰方式是指將不同位置的受熱面不做區(qū)別就展開(kāi)吹掃工作。該種方法能夠在某種程度上達(dá)到吹灰方面的需求，卻缺少合理性和經(jīng)濟(jì)性，所以不同位置的受熱面必須應(yīng)用不同的判斷方式將吹灰時(shí)間確定下來(lái)，對(duì)吹灰系統(tǒng)展開(kāi)優(yōu)化，將該系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來(lái)。

一般而言，鍋爐總煙氣流量的測(cè)量主要應(yīng)用直接測(cè)量與間接計(jì)算兩種方式。其中，煙氣流量直接測(cè)量方式有兩種，一種為利用皮托管配差壓扁送氣的常規(guī)風(fēng)量測(cè)量方式，該種方式在應(yīng)用期間需要詳細(xì)分析煙氣固體顆粒對(duì)所檢測(cè)的元件防磨防堵要求，考慮測(cè)點(diǎn)是否合理，是否能夠代表整個(gè)流場(chǎng)進(jìn)行分布。另一種則通過(guò)熱敏原理的測(cè)量元件進(jìn)行測(cè)量[4]。雖然熱敏測(cè)量元件可以有效解決高溫、防磨以及防堵問(wèn)題，但是該種方式的測(cè)量結(jié)果比較滯后，探頭易污等，這給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定負(fù)面影響。因此，使用該方法時(shí)需慎重考慮其利弊。

通過(guò)計(jì)算的方式，將煙氣流量計(jì)算出來(lái)，之后乘以入口NOx濃度和設(shè)定值之差，再乘以氨氮摩爾比，所得結(jié)果便是氨氣流量。其中，摩爾比主要按照系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的脫硝效率計(jì)算得出。

在SCR脫硝系統(tǒng)中，最為普遍的問(wèn)題便是氨逃逸，該問(wèn)題無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)得到解決，卻存在可控性，能夠控制在合理范圍內(nèi)[5]。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均勻。要解決該問(wèn)題，便需要在投運(yùn)前，優(yōu)化噴氨格柵，調(diào)整每一個(gè)噴氨平衡閥，使得SCR反應(yīng)器進(jìn)口噴氨平衡閥能夠均衡調(diào)整，最終使得SCR反應(yīng)器進(jìn)口氨氮處于均勻狀態(tài)，以達(dá)到提升SCR出口NOx濃度分布均衡的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

火電廠在運(yùn)行期間，SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化極為重要。當(dāng)前，火電廠SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)并不完善，依舊有問(wèn)題存在，這影響了火電廠的正常運(yùn)行。因此，我國(guó)很多火電廠目前已經(jīng)對(duì)煙氣SCR控制系統(tǒng)展開(kāi)優(yōu)化，從還原劑消耗、催化劑優(yōu)化以及吹灰系統(tǒng)優(yōu)化等方面著手，最終使得火電廠SCR煙氣脫硝控制更加有效。

[1]武寶會(huì)，崔利.火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2013，42（10）：116-119.

[2]毛奕升，吳智鵬，張孝天，等.火電廠SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整及煙氣取樣方法改進(jìn)[J].中國(guó)電力，2017，50（4）：167-171.

[3]王鎮(zhèn)，薛姍姍，盛玉和，等.火電廠SCR煙氣脫硝控制邏輯優(yōu)化[J].黑龍江電力，2015，37（5）：463-466.

[4]廖永進(jìn)，徐程宏，余岳溪，等.火電廠SCR煙氣脫硝裝置的運(yùn)行優(yōu)化研究[J].鍋爐技術(shù)，2008，39（5）：60-63.

[5]秦天牧，劉吉臻，楊婷婷，等.火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)建模與運(yùn)行優(yōu)化[C].2015 年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2015：1-6.