摘要：本文叙述了大唐许昌龙岗发电有限责任公司（以下简称许昌龙岗公司）3号机660MW机组喷氨优化控制系统，该系统采用氨逃逸分区测量，同时结合DCS外挂机PLC上建立控制模型，添加控制策略的综合控制，最终降低氨逃逸，喷氨优化自动的合理控制。
关键词：环保；氨逃逸；氮氧化物；DCS外挂机；自动优化
0 引言
随着环保形势日益严峻，且环保要求的一再提高，脱硝出口氨逃逸率高和氮氧化物的瞬时超标现象很难得以控制。
氨逃逸高导致空预器堵塞，引风机能耗大，电除尘电极受污染等造成一系列的问题。且脱硝系统在启停磨变工况时入口氮氧化物波动较大，CEMS系统定期吹扫后脱硝出口氮氧化物波动大，这些都不易控制，容易导致氮氧化物超标，造成环保事件。
为进一步提高脱硝控制系统的快速性和准确性，减少氨逃逸率，有效的控制氮氧化物在稳定工况和变工况情况下的稳定性，我们采取针对性措施，施行氨逃逸分区测量的综合控制。使氨逃逸率大大降低，同时喷氨自动效果得到优化。
1 概述
许昌龙岗公司位于河南省禹州市龙岗工贸园区，成立于1995年，隶属于中国大唐集团公司，总装机容量2020MW，是大唐河南发电公司系统标杆发电企业，在豫南电网中起着举足轻重的电源支撑作用。
许昌龙岗公司1-4号机组均安装了SCR烟气脱硝装置，还原剂均为液氨。3号机为660MW机组，锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的超超临界参数变压直流炉、锅炉型号：SG-2000/26.15-M625。炉膛宽度18816mm，炉膛深度17640mm。
锅炉的燃烧方式采用低氮燃烧系统，24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，四角切圆方式燃烧。一、二次风间隔布置，每相邻两层煤粉燃烧器之间布置有一层辅助风喷嘴(包括上下两只预置水平偏角的辅助风喷嘴和一只直吹风喷嘴)，上部设有二层紧凑燃烬风(CCOFA)，CCOFA的上部设置五层可水平摆动的分离燃烬风(SOFA)。
3号炉脱硝系统SCR催化剂层数按2+1层方案进行设计。超低排放改造期间对原SCR脱硝反应器进行了截面扩容，并完成了第三层催化剂的增补工作，使脱硝反应器内烟气流速降低至5m/s以下。
2 脱硝系统存在的问题
2.1 氨逃逸不均且氨逃逸率大导致的问题
（1）每年每台机组（660MW）浪费液氨量：
由每年减排的NOx量可求得对应消耗的液氨。
理论消耗液氨量（t）=（NOX入口-NOX出口）×烟气流量×0.37/1000 （0.37为NOX与氨气的分子量之比）。
有理论消耗的液氨量和实际消耗的液氨量可得液氨损耗率大概为9%。
每年许昌龙岗公司购买的液氨量大概4500t，液氨市场价2700元/t。
4500×9%×2700÷4=273375元（27.3万元）；每年所损耗的液氨量大概27.3万元。
（2）每年每台机组（660MW）引风机电耗增加量：
经查得许昌龙岗公司3号机组在2016年6月到2017年5月之间，机组负荷率为60%，在空预器堵塞差压由0.6kPa升至1.2kPa时, 引风机电流增大51A。而引风机电耗率增加0.15%。
2017年1月到9月许昌龙岗公司发电量201044.10万度。引风机增加的电耗：
201044.1×0.15%×10000×0.4=1206264.6元（120.6万元）；
120.6×12/9=160.8万元。
每年每台机组引风机电耗所带来的经济损失大概为160.8万。
（3）氨逃逸率过大产成的NH4HSO4在空预器沉积，引起空预器堵塞。每年空预器因堵塞的检修费用和在（离）线冲洗费用以及在线热解费用可达70万元。
虽然这些数据为理论数据，但是能从一定程度反映氨逃逸大导致空预器堵塞造成的损耗。
2.2 喷氨自动调节性能差
（1）随着超低排放改造后，且环保要求一再提高，出口氮氧化物要控制在50 mg/m3以下，但是如果控制较低，氨逃逸则会增大，如控制在40 mg/m3左右，只要燃烧工况发生变化就很容易导致瞬时超标。
（2）常规的控制策略过于简单，脱硝控制大多为单回路，控制逻辑简单，大部分参数整定工作都是基于看曲线调参数的经验法调试。对于多变量控制系统，会存在多个局部最优解，不易取得最佳效果。
（3）脱硝反应滞后严重，有较大的延迟性，在喷氨调阀动作后，由于反应滞后的原因，出口NOx 需要一段时间才会进行相应变化。调节的及时性就受到了制约，不能够满足在超低排放基础上的自动控制。
（4）CEMS系统单点测量的局限性，吹扫周期频繁，吹扫后氮氧化物容易突变；启、停磨煤机时，系统风量扰动较大，对炉膛燃烧效果和NOx 的产生有一定的影响 [1]。
3 整体改进策略应
3.1 硬件改造
（1）采用先进的一拖六AEMS10氨逃逸测量装置。在每侧脱硝出口将烟道平均分成六个区域，并安装六个氨逃逸测量信号，进而可以实现氨逃逸分区测量。
AEMS10氨逃逸在线监测系统采用光纤分布式高分辨率激光波长调制光谱吸收技术。应用激光氨气在线检漏仪是集激光气体探测技术及通讯技术于一体的多点氨气检漏测量系统，1台控制柜可同时连接多个测量单元，用于氨气浓度测量 [2]。
优点：①可以实现先进的控制算法，根据各种参数变化能够对大量数据进行分析计算，同时根据催化剂的使用周期以及活性的好坏，以及各种控制的需求可以不断的建立控制模型。②调试效率高，可以在机组运行期间不断改变控制策略，避免了DCS系统在线下装的风险。③原DCS中控制系统完全保留，可无扰切换，增加灵活性和安全性。
3.2 优化自动控制策略
（1）喷氨优化手动调整，机组启动后首先通过调整脱硝入口的喷氨格栅，使得脱硝出口整个烟道的氮氧化物以及氨逃逸率分布均匀，为接下来优化自动控制打下基础。
（2）在外挂机PLC装置上建立控制模型。在传统的控制策略基础上，将主机的主要监视参数(如负荷、以及负荷设定值，总风量，总煤量，磨的运行方式，烟囱入口氮氧化物（以下简称净烟气氮氧化物）等)引入到DCS外挂机PLC内，通过分析，来调整喷氨调门的开度[3]。
再者通过主机的主要参数的变化以及脱硝入口氮氧化物的变化，提前预判净烟气氮氧化物的变化情况，通过提前预判可以提前调整喷氨调门的开度。
（3）将12个氨逃逸信号加入控制策略解决CEMS系统单点测量的局限性。将每侧6个氨逃逸信号取平均值后引入到PLC控制器对喷氨调门加以控制。如果净烟气氮氧化物小于40mg/m3，且喷氨调门设定值在10min内没发生变化，此时如果氨逃逸平均值大于15ppm（该数值可以调整，调试期间设定为15ppm），控制模型将计算出一个修正值强加入喷氨调门，迫使调门往下调整。如果氨逃逸在5min内仍大于15ppm，系统继续再计算一个修正值使调门再次下调。在此基础上一共计算3次修正值使调门下调，使氨逃逸降低[4]。
但与此同时系统还设置有防止净烟气氮氧化物超标的保护。比如氨逃逸参与自动控制后，使调门下调的过程中，如果净烟气氮氧化物超过45 mg/m3，喷氨调门将自动快速开启，防止净烟气氮氧化物超标。除此之外运行人员也可手动干预切除自动或者改变设定值，都可以将氨逃逸参与调门修正的控制给予取消。
（4）在喷氨自动调整的过程中，如果大的波动出现后很容易出现超调和振荡的情况。比如，CEMS系统定期吹扫后氮氧化物可能会出现波动大的现象。通过对历史曲线的分析，在PLC外挂机内建立模型，一旦出口氮氧化物超出设定值10 mg/m3，经过10min后，控制模型通过学习前15min喷氨调门的开度，计算出一个合理的调门开度，将调门控制在这个开度保持12min，来确保氮氧化物不出现超调和振荡的情况。
4 改造效果
（1）氨逃逸信号加入控制策略前后氨逃逸的曲线对比情况。
氨逃逸平均信号加入控制策略前平均值在20ppm左右，变工况控制效果差的时间，氨逃逸数值能达到70ppm左右。经过控制策略的建立，目前3号机组氨逃逸平均值一般在5ppm以下。极大的减少了因氨逃逸过量造成空预器堵塞的可能性。
（2）经过各种控制模型的建立，目前喷氨调门控制得到很大改善，氨逃逸不仅得到有效控制，且运行人员可以大胆的将喷氨调门的设定值设置在40 mg/m3以上，甚至更高。
（3）在机组变工况，启停磨煤机，入口氮氧化物波动大的情况下，不用切手动调节，也能很快能调整过来，机组负荷470MW升至516MW，入口氮氧化物浓度设定值变化（41-35-39-43），最大动态偏差<5，稳态偏差<2， 调节时间5-8min。
5 结论
目前常规的控制策略过于简单，延迟性大，不能够满足在超低排放基础上的自动控制。再加上CEMS系统单点测量的局限性。因此我们根据现场的实际情况，并结合存在的问题，采取针对性措施，施行氨逃逸分区测量，同时结合DCS外挂机PLC的灵活性，不断的建立控制模型，添加控制策略，实现氮氧化物和氨逃逸的综合控制。最终降低了氨逃逸，极大的减缓了空预器的堵塞问题，且喷氨自动效果良好，氮氧化物得到有效控制，避免了瞬时超标的环保事件。
参考文献
[1] 中国华电工程有限公司，影响脱硝喷氨自动调整的因素及对策.
[2] 光力科技股份有限公司，AEMS10氨逃逸在线监测系统使用说明.
[3] 中国大唐集团科技工程有限公司. 1005-006X(2010)04-0059-03，燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化.
[4] 大唐华中电力试验研究所，袁世通，基于神经网络的非线性预测控制现状与发展.
作者简介：张晓远，男（1986.12.21），本科，助理工程师，热控专业。
论文作者:张晓远
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/5
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