（1.国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司 河南平顶山 467312；
2.华北电力大学能源动力与机械工程学院 河北保定 071003）
摘要：以某1000MW锅炉机组SCR脱硝系统为研究对象，对其SCR烟气脱硝系统进行了分析，在此基础上对SCR脱硝控制系统的构成、原理及控制逻辑、控制方式进行了设计优化，并对优化后的脱硝自动控制进行了验证与分析，结果表明：脱硝自动控制优化后实现了锅炉机组氮氧化物的达标排放，可为其他锅炉机组的脱硝自动控制系统的优化提供参考。
关键词：锅炉；脱硝系统；SCR；控制
火电厂是氮氧化物的主要排放源之一。目前，SCR脱硝技术是电厂应用最为广泛的烟气脱硝系统[1]，但有些电厂锅炉的脱硝系统由于控制策略设计不完善等问题，喷氨量不能及时地随着SCR入口NOX浓度的变化做出相应的调整。针对脱硝系统自动控制问题，以某1000MW锅炉机组SCR脱硝系统为研究对象，对SCR烟气脱硝系统进行了分析，在此基础上对SCR自动控制系统进行设计优化，以实现SCR入口NOx浓度变化时所需喷氨量的动态修正，达到烟囱NOx排放浓度小于50 mg/m3的“超低排放”目标[2]。
1 脱硝系统
为了污染物达标排放需要，某1000MW机组装设了烟气脱硝系统。该系统位于省煤器的后面，回转式空气预热器的前面。每个锅炉机组配备2个反应器。该脱硝系统采用选择性催化还原法的脱硝方案，使用液氨作为还原剂。液氨在液氨蒸发器内蒸发为氨气，通过氨气缓冲槽与由稀释风机送来的空气在两个混合器内混合，氨气和空气的混合气体进入烟道与烟气混合，再进入SCR反应器，在脱硝反应器内氨气与氮氧化物反应生成氮气和水，随烟气进入空气预热器后，经烟囱排入大气[3]。
在脱硝系统实际运行中，原脱硝控制系统采用了简单的串级PID控制策略，控制系统不能有效投入，因此需对SCR控制系统进行了优化。
2 SCR控制系统及优化
该锅炉机组的烟气脱硝系统采用前馈和反馈控制回路进行喷氨量的控制。为实现脱硝系统的自动控制，在PID反馈+前馈调节的基础上，增加对被调量NOx预测处理，前馈控制，PID变参数调整，测量回路吹扫控制等以优化脱硝控制系统。
2.1 NOx预测处理
由于该机组脱硝系统烟气量、氨逃逸和喷氨流量等测量易堵塞，故障率较高或者测量不准确，可靠率差，不易引入控制回路，综合考虑后采用PID反馈+前馈的调节器。通过测量信号，经过一阶微分、二阶微分及高阶微分加权处理，可以提前预测被调量NOx的变化，提前喷氨，减少滞后环节，减少调节周期和过调量，提高调节品质。
2.2前馈控制
为了减小喷氨量的延迟时间，在前馈控制中增加负荷信号。通过数据分析得出负荷对应脱硝自动控制前馈的量和时间相位，经过处理加入自动控制系统。增加总风量及一次风风量前馈，在不同负荷下进行风量扰动试验收集数据，经数据分析得出风量对应的脱硝自动控制前馈的量和时间相位，加入前馈控制系统。同时，增加总燃料量对应得前馈。分析不同煤量对应的喷氨量和阀门开度，在不同负荷下进行煤量扰动试验收集数据，经数据分析得出总煤量对应的脱硝自动控制前馈的量和时间相位。由于磨煤机启停每天都要发生多次，并且对脱硝扰动较大，稍有不慎有可能就使其超出考核要求，因此收集大量磨煤机启停数据，经过分析得出磨煤机启停对应的脱硝自动控制前馈的量和时间相位，经过处理加入脱硝自动控制系统。
同时，当受到较大扰动时，脱硝系统若还按照正常调节有可能会使脱硫出口NOx超标，因此需要增加防瞬时超出考核要求前馈，在发生较大扰动时迅速调节喷氨调阀，调整喷氨量以抑制NOx超标，之后再按照合适方式逐渐使该前馈量归零。
2.3 PID变参数调整
PID控制中，比例跟负荷指令、控制偏差、阀门线性和动态稳态运行方式有关。积分跟负荷指令、控制偏差、阀门线性、控制偏差回头积分和动稳态运行方式有关[4]，PID变参数调整可以有效实现跟随反应器入口NOx质量浓度地变化及时调节喷氨量，其控制逻辑如图1所示。
图1 PID变参数调整逻辑
3 优化结果分析
通过脱硝自动控制系统的设计及优化，主要达到了如下优化目标：
（1）脱硝自动控制脱硫出口NOX的小时均值小于50mg/m3，衰减率满足0.75～1。
（2）正常运行脱硫出口NOX在机组稳态时波动小于5mg/m3，动态小于10 mg/m3。
4 总结
针对某1000MW锅炉的脱硝系统存在的控制问题，对其SCR自动控制系统进行设计优化。通过脱硝自动控制系统优化，各工况下机组满足脱硫出口NOx稳定运行要求，实现了SCR所需喷氨量的及时修正，达到了烟囱NOx排放浓度小于50 mg/m3的“超低排放”目标[5]。此脱硝自动控制系统的优化研究，对脱硝系统安全运行、提高脱硝系统抗干扰能力及脱硝经济性具有指导意义。
参考文献：
[1]赵宗让．电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化[J]．中国电力，2005，38（11）；69-74
[2]夏维，毛奕升. 600MW机组NOx“超低排放”自动控制综合优化[J]. 广东电力，2016，（09）：17-26.
[3]潘维加，邓沙.选择性催化还原烟气脱硝控制系统的分析[J].湖南电力，2009，25（6）：10-15.
[4]王奎武，陈爱萍. 火电厂燃煤脱硝技术及其分析［J］. 江苏电机工程，1999，18（3）：20~23.
[5]孙维菊，邵长暖. 1000MW超超临界机组SCR脱硝系统运行中存在问题及解决措施[J]. 山东工业技术，2015.
论文作者:聂涛1,梁胜莹2,危日光2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：系统论文; 机组论文; 烟气论文; 自动控制论文; 锅炉论文; 控制系统论文; 氨气论文; 《电力设备》2017年第30期论文;