甘肃能源崇信发电有限责任公司 744200
摘要：本文详细阐述了目前国内电厂脱硝系统普遍使用的氨气流量控制策略及其优缺点，根据崇信发电公司2×660MW超临界机组在脱硝系统投运时氨气流量控制策略所遇到的问题，进行了全面的优化改造，提高脱硝系统自动的投入率及控制准确度。
关键词：喷氨自动 控制策略 优化改造
0引言
中国水电崇信发电有限责任公司为2×660MW超临界机组，锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的HG-2145/25.4-YM12型直流锅炉，此锅炉配备了30只低NOX轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，6台ZGM-113G型中速磨煤机配正压直吹制粉系统。
为了确保完成国家“十二五”期间氮氧化物减排任务，按照甘肃省环保厅的要求，崇信发电公司1、2号机组分别于2013年7月与9月完成了对锅炉尾部烟道脱硝系统的加装。截止目前，崇信电厂两台机组脱硝系统已经成功投运。在投入运行的过程中，由于现场设备及原脱硝喷氨自动设计上存在的不足，导致氨气流量自动控制经常失调，系统过度或过少喷氨，脱硝系统经常被迫退出自动。
面对这一难题，崇信公司技术人员对脱硝系统喷氨自动控制策略进行了优化改造。现脱硝系统可以长期正常投运，锅炉出口NOX含量控制精度大大提高，脱硝系统自动投入率也大大提高。
1 SCR的基本工作原理
SCR（Selective Catalytic Reduction）——选择性催化还原法，SCR脱硝技术是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。在日本、欧洲、美国等国家地区的大多数电厂中基本都应用此技术，目前，在我国SCR技术逐步被推广应用。
SCR烟气脱硝系统主要采用（NH 3）作为还原介质，由氨气储备供应系统、SCR反应器、烟气管道与控制系统等组成。烟气中Nox在经过SCR反应器时，在催化剂的作用下被氨还原为无害的氮气和水，不产生任何二次污染，其主要化学式为：
4NO+ 4 NH3+O2 =4N 2+6H 2O （1）
2NO2+4NH3+O2=3N 2+6H 2O （2）
NO2+2NH3+NO=2N2+3H 2O （3）
但是过量的氨气，将产生副反应，主要的副反应有：
4NH3+2SO2+O2+2H2O=2（NH4）2SO4 （4）
4NH3+2SO2+O2+2H2O=2NH4HSO 4 （5）
由于烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%。因此，化学反应方程式(1)被认为是脱硝反应的主要反应方程式。若NH 3?投入过量时，NH 3氧化时产生的副反应就会增加，造成空预器腐蚀及二次污染。若NH 3投入不足时，NO不能被充分反应，造成NOx排放超标。因此，要保证机组脱硝效率，防止设备发生腐蚀及二次污染，提高脱硝系统喷氨自动的控制品质尤为重要。
2 氨气流量控制策略
2.1氨气流量控制策略介绍
目前国内脱硝氨气流量控制策略一般采用基本的控制方式（固定摩尔比控制方式）。该控制方式是基于脱硝效率和催化剂脱硝能力的控制方式，在该控制方式下系统按照固定的氨氮摩尔比及脱硝效率设定值脱除烟气中NOx。崇信电厂1号机组原脱硝喷氨自动控制策略原理如图1所示。
图1喷氨量闭环回路控制原理图
此控制策略主要由两个控制回路组成一个串级控制回路：
主控制回路为出口烟气NOx含量的设定值与NOx测量值组成主调节回路，对副控制回路得到的需氨量进行30%的修正。
副控制回路为反应器入口NOx浓度（干态）与设定的出口Nox的差值再乘以负荷对应的烟气流量得到要脱掉的NOx含量，再乘上系数Kst.，系数Kst实际上是NOx和氨气的化学计量比，就得到理论需氨量。理论需氨量在主调节器输出（范围为0.7～1.3）修正后得到修正后需氨量。
修正后的需氨量作为副调节器的设定值，其与氨气流量测量值的偏差经过副调节器后控制氨流量调节阀开度，改变喷氨量的大小。
这种控制策略在实际使用过程中存在诸多缺点：
（1）副调节回路中直接采用氨气流量测量值作为输入值，这就需要氨气流量计在测量精度、设备可靠性等方面具有严格要求。而在崇信电厂脱硝系统安装调试期间，经常发生氨气流量计测量偏差大、堵塞等现场，导致脱硝自动经常被迫退出。
（2）此控制策略参数整定较为复杂，整定不合理，容易造成过度或过少喷氨。
（3）在锅炉燃烧方式或煤质发生变化时，入口Nox含量变化速率比较快，使用此控制策略调节比较慢，容易失调，造成Nox排放长时间超标。
2.2崇信电厂1号机组脱硝系统运行期间喷氨自动遇到的问题
2013年11月01日18：08，由于崇信电厂1号机组A侧喷氨系统，流量计突然下降，混合器A侧入口调阀逐渐开至100%，出口Nox超标排放值为229mg/m3。
18:14:20时，流量计恢复正常，由于此时阀门全开，过量的氨气喷入烟道，导致出口Nox含量迅速下降至26 mg/m3。18:16:30时，喷氨自动调阀被迫退出自动。经热控人员对流量计查看，判断为流量计堵塞造成的,如图2、3所示。
2013年11月04日06:45:20，崇信电厂1号机组B侧喷氨系统，氨气流量计数值逐渐增大升值220t/h，超量程变成坏点。而出口B侧Nox含量为60 mg/m3。并没有过度喷氨现象。后经热控技术人员诊断为流量计坏导致数值偏大，自动无法投入 。
崇信公司脱硝系统自投入运行以后，曾多次由于流量计堵塞，流量计测量不准等原因，造成过度喷氨、喷氨调阀频繁动作。因此，对喷氨自动控制策略的优化势在必行。
3脱硝喷氨自动优化
为了解决崇信电厂脱硝系统喷氨自动控制精度差，运行成本高的问题，电厂技术人员对脱硝喷氨自动进行了优化改造，由原来的氨气流量控制改造为固定出口Nox含量控制。优化后的控制原理如图4所示。
图4 固定出口Nox含量控制策略
此控制策略为单回路控制，控制结构比较简单。通过出口Nox的设定值与测量值的偏差直接调节阀门的开度。由于脱硝反应存在着严重的滞后性，为了有效避免在机组升降负荷或煤质发生变化时，控制跟踪缓慢，容易失调的情况。在控制回路加入了负荷变化与入口Nox变化时的前馈控制量。为了防止调门频繁动作，缩短调门的使用寿命，在入口Nox测量值、出口Nox设定值、PID前馈量分别经过一个超前滞后块对信号进行滤波后进入控制作用。经过喷氨自动优化后，脱硝的控制精度大大提高，脱硝投入成本也大大降低。
此控制策略具有以下优点：
（1）控制回路结构简单，PID参数容易整定；
（2）避免了由于氨气流量计测量不准、堵塞等原因，造成脱硝喷氨自动无法正常投入，提高系统运行的可靠性。
（3）通过直接固定出口Nox含量，有效的控制了脱硝运行成本。
4结束语
随着崇信电厂脱硝系统正式投运，脱硝系统自动化程度、脱硝成本控制、脱硝系统稳定程度等逐渐成为实现公司降本增效目标的重要手段。经过对脱硝系统喷氨自动的优化，脱硝效率显著提高，脱硝喷氨量得到有效控制，此控制策略，值得同类型系统机组的借鉴。
参考文献：
[1] 王立，贺悦科．SCR 烟气脱硝自动控制系统及其在三河电厂的应用[J]．华北电力技术，2009， (2) :29～31．
[2] 赵毅，朱洪涛，安晓玲等．燃煤锅炉 SCR 法烟气脱硝技术[J]．锅炉技术，2009，40(2):76～80．
[3] 火电厂大气排放标准[S]．
论文作者:张宾
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：崇信论文; 氨气论文; 系统论文; 策略论文; 电厂论文; 烟气论文; 回路论文; 《防护工程》2017年第34期论文;