摘要：SCR系统由SCR反应器/催化剂系统、烟气/氨的混合系统、氨的储备与供应系统、烟道系统和SCR控制系统组成。随着国家对NOx的排放标准越来越严格以及原有SCR系统氨逃逸率高的问题越来越普遍，不管是从经济还是环保方面考虑，喷氨自动控制系统的优化控制都具有重要意义，近年来对喷氨自动控制系统进行优化研究的机构和企业越来越多，然而不管是从科学研究还是工程实例中发现，传统自动控制方式极易导致氨逃逸率高的问题，对现有的控制方式进行优化设计意义重大。
关键词：烟气脱硝；喷氨自动控制；回路优化
SCR技术已经广泛应用于国内各大燃煤电厂和各工业锅炉，随着我国环境压力进一步加大，SCR技术已经成为现阶段脱硝技术中不可缺少的一部分。自2015年来我国加强对NOx排放的控制，对原有SCR的脱硝效率提出更高要求，在现阶段经济下行的新环境下，原本的SCR设备氨逃逸率较高，急需进行优化。研究表明SCR入口NOx浓度的变化对SCR系统喷氨自动控制的稳定投运带来较大的运行压力。在未来一段时间内，研究并摸索出SCR系统关键运行参数对喷氨自动控制稳定投运的逻辑关系对全面优化提升SCR系统喷氨自动控制至关重要，届时，将形成以传统定值控制为基础，耦合先进模型辨识、预测控制、人工智能先进算法的SCR系统喷氨自动控制体系，这对于保证超低排放改造后SCR系统的安全高效运行具有非常重要的意义。
一、SCR工作原理及流程
SCR工艺是在催化剂作用下以液氨为介质，通过化学反应使NOx转化为N2和H2O。SCR系统一般由液氨存储系统、氨/空气喷射系统及催化反应器系统组。首先，将液氨槽车内液氨卸入液氨储槽，然后进入氨气蒸发器将液氨加热蒸发成氨气，再经过气液分离器后氨气调压至所需压力进入氨气缓冲罐，送出气化站供后续使用。氨气进入SCR区后一般分为两路，反应器内烟气浓度等经DCS计算后通过调节阀调节气氨的流量后进入氨/空气混合器使空气和氨气以文丘里管喷射的方式在混合器内进行混合后送至分配总管，由总管通过每个支管的流量调节进入喷氨格栅，继而进入SCR反应器中与NOx进行催化反应。
二、脱硝控制系统优化
在新的控制逻辑中，对CEMS吹扫、PID调节、手动控制方面做了调整，如图1所示。CEMS实时测量所得SCR入口NO浓度转换为SCR入口NOx浓度，与烟气流量作为前馈信号，经判断是否处于手动、吹扫状态，无特殊状态下进入PID调节方式。PID控制器将设定值（出口NOx浓度）和测量值（CEMS测得的实际出口NOx浓度）的偏差生成喷氨调节门指令，实时调整调节门的开度，实现控制脱硝出口NOx浓度的目的。
图1出口NOx浓度调节方式框图
（一）CEMS采集及NO浓度与NOx浓度的转换
烟气连续监测系统（CEMS）是由采样系统、测试系统、数据采集与处理系统3个子系统组成的监测体系，能完成采集并处理数据，控制自动操作功能。其中，数据采集与处理系统主要由PLC、工控机及相应软件组成，能自动监测SO2、NO、CO、CO2、O2及其他有关参数，如烟气温度、湿度、烟气流量、压力及含氧量。控制及数据采集系统（DAS）采用PLC实时控制分析过程，实时采集分析仪器的测量数据，并将采集数据传输到工控机，实时显示采样数据，并可自动归档以及生成报表。因燃煤电厂中烟气连续监测系统（CEMS）测量到的是烟气中的一氧化氮（NO）浓度，且脱硝喷氨自动调节系统控制算法是以脱硝出口NOx浓度为变化量计算。所以需对数值进行换算，即NO先转换为NO2再折算为NOx。
（二）前馈控制
喷氨自动控制方式基于脱硝效率和催化剂脱硝能力，逻辑简单，采用单回路调节方式，仅以脱硝出口NOx浓度作为被调量，处理工况调整频繁的方面欠缺。且由于催化剂的消耗等原因的存在，脱硝过程是非线性化学反应过程，脱硝过程动态特性变化较大。造成喷氨自动调节滞后。为快速响应机组负荷、磨煤机运行方式、省煤器出口氧量、CCOFA风量、偏置风量等工况突变引起NOx浓度扰动，同时弥补反应器和烟气分析仪的滞后，增强调节效果，在控制逻辑引入脱硝入口烟气流量和SCR入口NOx浓度两个参数作为前馈信号。
（三）CEMS仪表定期吹扫
为防止脱硝烟气连续监测系统（CEMS）堵塞，设置定期吹扫功能，吹扫时采集到的烟气失去真实性，测量值大幅变化，影响了测量准确度和响应时间，出口氮氧化物浓度波动频繁。在控制系统中加入吹扫信号，对CEMS采集到的测量信号进行品质判断确定所得信号是否是处于吹扫状态。吹扫状况下，保持前一状态数值，维持系统的正常运行。持续时间以NOx浓度恢复正常确定，一般情况下吹扫后3min即切换至正常控制状态。同时，为进一步提高仪表测量准确性和及时性，应尽量减小CEMS仪表的取样管路的长度及弯曲度，同时进行定期校验。
（四）PID调节
PID控制是比例积分微分控制。积分调节可以消除静差，但有滞后现象，比例调节没有滞后现象，但存在静差。PI调节就是综合P、I两种调节的优点，利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差。在脱硝喷氨自动控制系统中采用比例调节，在负荷扰动下的调节过程结束后，SCR出口NOx浓度不可能与NOx浓度设定值准确相等，它们之间一定有残差。因为根据比例调节的特点，只有调节器的输入（SCR出口NOx浓度）有变化，即被调量和设定值之间有偏差，经PID运算后生成喷氨调节门指令，实时调整调节门的开度，从而得到更准确的供氨需求量。
（五）对个测量仪表数据在线评估，实时调整控制权重
INFIT喷氨自动控制系统根据机组运行的实时参数，不断对各NOx测量仪表的数值进行在线评估，发现失真现象后立即调整该测量参数在控制系统中的权重占比，将部分测量值失真给控制系统造成的影响降至最低，从而保证脱硝控制系统的长期可靠运行。
三、优化效果
系统优化后，在工况稳定的情况下进行脱硝出口NOx浓度定值扰动试验，通过喷氨调门开度控制喷氨流量的，响应出口NOx浓度设定值的突变，如图2所示。出口NOx浓度设定值在1min处由60mg／m3阶跃至80mg／m3，通过喷氨调门开度调整喷氨流量，喷氨流量由140kg／h调整至120kg／h。因CEMS采样延迟、催化剂反应等原因的存在造成出口NOx浓度响应曲线在1min处有12s延迟，趋于稳定过程大约有6min长，在4min处达到第一峰值88mg／m3，超出正常值8mg／m3；第一谷值在6min处出现，超出正常值2mg／m3，衰减率为75%，系统优化后，控制精度、稳定性效果良好。
图2出口NOx浓度设定值扰动曲线
在出口NOx浓度设定值维持在70mg／m3时，通过调整锅炉燃烧情况，检验机组工况快速变化，入口NOx浓度大幅波动时，是否存在滞后现象，如图3所示。
机组工况在1min处发生变化，4min处趋于平缓，3min内入口NOx浓度测量值上升100mg／m3，出口NOx浓度测量值在优化前后变化明显。优化前，第一峰值超调40mg／m3，第一谷值超调30mg／m3，衰减率为25%，波动较大，滞后现象严重；逻辑优化调试后，第一峰值超调20mg／m3，第一谷值超调10mg／m3，衰减率为50%，可见优化后喷氨调节门能及时根据负荷与入口NOx的变化及时动作，喷氨调门自动调节良好，滞后现象得到明显改观，有效提高了脱硝控制系统的品质。
结论
脱硝喷氨自动控制系统优化后，PID控制有效利用脱硝入口烟气流量和氮氧化物浓度作为前馈信号，根据机组工况自动调节喷氨量，解决了调节滞后问题，增强喷氨自动调节的稳定性，效果良好。
参考文献
[1]薛姗姗,王镇,周爽,于智新.脱硝喷氨自动控制系统优化[J].山东电力技术,2017,44(11):52-54+57.
[2]田猛.脱硝喷氨自动控制系统应用与分析[J].电子技术与软件工程,2017(19):120-121.
论文作者:余锦龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：浓度论文; 烟气论文; 系统论文; 测量论文; 自动控制论文; 设定值论文; 氨气论文; 《电力设备》2018年第19期论文;