摘要：针对某电厂660MW超临界机组在脱硝系统投运时喷氨自动不能正常投入,无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度的问题,分析了喷氨自动控制的影响因素,并采取相应的措施进行了优化。
关键词：SCR；脱硝喷氨；自动控制；优化
1 SCR脱硝基本原理
燃煤电厂锅炉产生的NOx主要来源于燃料型NOx和热力型NOx，根据NOx生成机理，控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。SCR技术是应用最为广泛的烟气脱硝技术，采用NH3作还原剂，烟气中NOx在经过SCR反应器时，在催化剂的作用下被还原成无害的N2和H2O。烟气中的NOx主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。
要实现高效率脱硝，喷氨流量的控制至关重要。若喷氨量超过需求量，则NH3氧化等副反应的反应速率将增大，降低NOx的脱除效率，同时形成有害的副产品，即硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸氢铵NH4HSO4，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀；若喷氨量小于需求量，则反应不充分，造成NOx排放超标。由于喷氨量主要由氨流量调节阀控制，因此为保证脱硝出口NOx排放浓度满足环保要求，控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3，提高脱硝系统喷氨自动控制的品质尤为重要。
2 原喷氨自动控制策略
1)主调控制回路
利用脱硝反应时MNH3/MNOx摩尔比近似等于1的原理，使用烟气进口NOx质量浓度和烟气流量的乘积得到基本的NOx含量，再乘以二者摩尔比便可得到氨气需求量，在满足脱硝效率要求的情况下，设置二者摩尔比为0.84，同时进行脱硝出口NOx对二者摩尔比的修正调节，此外，在操作员站上设有摩尔比偏置，提供了摩尔比的设定功能。
2)副调控制回路
根据修正的摩尔比计算得到所需要的氨气流量，其作为副调的给定值与氨气流量测量值的偏差经过副调调节后输出控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小，最终将出口NOx质量浓度控制在设定值范围内。
3喷氨自动控制影响因素分析及优化
3.1影响因素分析
1）系统延迟性
由于脱硝反应系统及取样测量系统的延迟性，使喷氨自动控制系统被控对象的响应延迟时间在2～3min，是典型的大滞后被控对象，这意味着喷氨调节阀动作后，出口NOx需要一段时间才会有变化，这使得调节的及时性受到制约。
2）入口NOx含量波动大
受燃烧调整、煤质变化、负荷变化频繁及启停磨等影响，脱硝入口NOx质量浓度变化大、变化快，由于脱硝反应区入口到出口的距离短，喷氨反应有一定的时间滞后，所以反应就不完全，出口NOx也会相应快速上升，从而导致超调。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3）NOx测量数值异常
脱硝烟气自动监控系统(CEMS)取样采用直抽法，系统处于负压状态，若取样管路有泄漏，氧量测量就会失准，导致经过氧量折标的NOx质量浓度异常;取样探头及管线堵塞，取样流量消失，分析仪表报故障，会使NOx数值失准;分析仪表吹扫/标定期间，NOx数值将保持不变，这些都会影响喷氨自动控制品质。
4）喷氨流量的稳定性差
喷氨流量采用节流孔板的方式测量，其测量数值受到孔板特性的影响，同时受到氨区供氨压力的影响，供氨压力通过机械减压阀和稳压罐调节，供氨压力不稳，波动较大，使喷氨流量测量值频繁发生变化，与阀门开度对应的稳定性差，对调节回路产生扰动，影响调节效果。
3.2优化方法
3.2.1脱硝喷氨自动控制的优化
根据分析结果，优化现有的脱硝喷氨自动控制系统，对脱硝进出口CEMS系统全面细致检查，测点选取不当的进行移位改造;合理调整自动吹扫/标定时间及间隔时间，防止脱硝进出口CEMS装置的吹扫时间重合，最大程度保证接收的NOx、O2含量等参数的真实性;通过喷氨格栅(AIG)喷氨优化调整试验，调整每路进氨支管手阀的开度，调整不同区域的喷氨量，最终达到喷氨均匀;对喷氨调节阀进行检修，并重新调试定位，使两侧阀门开度与流量特性尽量一致，并在分布式控制系统(DCS)中利用函数修正阀门特性。
3.2.2主调及副调控制回路的优化
主调控制回路不再修正摩尔比，而是根据出口NOx质量浓度与其设定值的偏差经PID调节输出，直接对计算出理论所需的喷氨流量进行修正(修正范围0.7～1.3)。理论所需的喷氨流量则是由燃料量所计算出的烟气量乘以入口NOx质量浓度与出口NOx设定值之差，再乘以二者摩尔比得到氨气需求量。
副调控制回路由主调回路修正后得到的喷氨流量，加上运行人员手动偏置量，作为副调的给定值，与喷氨流量测量值的偏差经过PID调节后输出自动控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小。为了减小系统迟延的影响，在控制系统中引入了变负荷前馈;另外，由于燃烧工况的变化会影响入口NOx质量浓度，当发现入口NOx质量浓度迅速上升，出口NOx质量浓度超过设定值时，调节已来不及，观察发现尾部烟道处烟气氧量测点，能提前反应入口NOx质量浓度的变化趋势，引入氧量信号作为前馈，来减少迟延与超调。
4优化后的效果
优化后的脱硝喷氨自动调节品质有了明显改善，基本满足机组各种参数运行工况的变化，自动调节可长期投入，出口NOx质量浓度基本能稳定在设定值的±20mg/m3范围以内，喷氨自动控制能满足运行要求，氨的逃逸率控制在3×10-6mg/m3内，减轻了运行人员的操作强度，使NOx排放浓度满足环保要求。
5结语
通过对现有喷氨自动控制系统的优化，探索结合模糊控制、神经网络、史密斯预估等先进控制算法进行优化，是未来自动控制发展的方向。
参考文献
[1]岳春妹,陆骏超,陈睿.SCR脱硝热解炉结垢原因分析及解决方法[J].能源研究与信息,2014,30(3):134-137.
[2]李祚.600MW机组SCR脱硝自动控制技术的优化应用[J].中国电业技术，2015,9:73-76
作者简介
李云（1964-），男，本科，高级工程师，主要从事电厂热控DCS及涉网试验研究工作。
论文作者:李云,邹包产,赵宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：浓度论文; 流量论文; 自动控制论文; 烟气论文; 回路论文; 质量论文; 设定值论文; 《电力设备》2019年第3期论文;