摘要：当前，国内大部分电厂的选择性催化还原技术控制系统均选用PID控制器，但是其脱硝系统在初期设计、仪器及调控策略上仍有许多不足和亟待解决的问题，降低了脱硝效率。文章阐述了选择性催化还原技术脱硝系统在控制策略方面出现的问题，提出了一定的优化方法，以期改善火电厂脱硝效率，从而确保电厂企业的安全、高效作业。
关键词：火电厂；脱硝系统；控制策略；优化
近些年，氮氧化物已成为国内重点监测与控制的污染物之一，政府制定了一系列更为严格的火电厂大气污染物排放标准。低氮燃烧应从硬件设施来优化，而烟气脱硝运行环节优化则应从软件方面开展。为相应政府号召及实现电厂氮氧化物（NOx）达标排放，企业应采取措施适当降低脱硝资金投入，因而选择性催化还原脱硝系统控制策略及其技术优化的研究已然成为电厂关注的热点。
1 火电厂脱硝控制概况
国内近些年逐渐展开了脱硝系统升级改造优化工作，已陆续设计、投入使用不少优化升级项目，然而目前仍处于基础研究，国内大部分电厂的脱硝系统在设计、仪器及控制策略等方面仍有明显不足，降低了脱硝效率，同时阻碍了系统有序调控，造成成本高、脱硝水平低的现况。不少火电厂脱硝系统氮氧化物含量异常浮动，极不平稳，特别是负荷改变或开闭磨煤机时变化更为明显。为了防止无法通过政府检查，部分发电厂选择降低碳氧化物预设水平，最终使得更多的氨逃逸，严重损坏管路及其他部位，给企业带来许多问题。
2 SCR脱硝装置各系统的作用
（1）氨喷射系统。储氨站输送的氨气通过氨气流量调控阀门跟鼓风机内的空气用一定比例（小于1/20）混合送至混合器内，分配均匀后由氨气喷嘴均匀送至SCR进口烟道处。
（2）烟气系统。涉及省煤器出口处烟道至SCR反应器进口以及出口至空气预热装置入口烟道，应充分保障烟气流速分布得当。
（3）SCR反应器。有反应器外壳、内部涉及的各类支持结构、催化剂、密封部件、烟气整流部件及平台扶梯这些组成，在这里进行主要的化学反应。
（4）吹灰系统。包含系统内全部仪器设施、各类阀门、管道、监测及调控设施，使用声波吹灰器除灰。
3 火电厂脱硝系统问题分析
通常，火电厂脱硝系统将采集的数据信息处理后再计算，然后遵循相关标准，输出喷氨量的命令，从而合理监控NOx含量。目前，国内火电厂的脱硝系统控制一般选择串级控制策略，其主回路通常根据脱硝系统的NOx含量和出口NOx量拟定，以出口为反馈。将2个数值的偏差输入至PI控制从而算出NOx的比系数。副回路即为输出的烟气流量、初拟脱硝效率及SCR进口处NOx量，从而算得氨量的预设值，把实测所得液氨流量当成实际反馈，2个数值的偏差输入至PI控制，获得喷氨调控阀门的启动指令。
提前备份脱硝系统相关数据，待其投入运行后展开适当的优化操作，计算氨量预设值得回路内，把系统负荷数据当成计算的前馈，从而节省回路响应时长。火电厂脱硝系统控制策略有以下特征：副回路较粗，通常需保证其随动、快速，且可以做到适当的快速抑制扰动；主回路为细调回路。副回路重点对主回路的烟气流量及输出值进行监控，其最终目的是监测出口NOx含量，但实质上其进口NOx浓度及烟气流量对被控因子的作用会比出口迅速。副回路的监控效果跟扰动量并不存在实质关系，因而其调控能力比较受约束。出口NOx浓度会随氨量改变而波动，这种波动会被反应器中的催化剂性能影响。因为暂时无法很清晰的呈现两侧烟气流量偏差跟低负荷时的差距，上述因素很可能阻碍喷氨量的智能监控。
4 火电厂脱硝系统控制策略优化举措
4.1 脱硝系统控制的不同模式
火电厂脱硝系统回路内运用的串级控制模式通常会被诸多因素约束，譬如两侧烟气流量核算误差及检测仪器采样后未及时处理等，造成电厂运行实际中并没有很有效的调控，鉴于此，应当选择单回路附加前馈的控制模式。
通常，控制回路的前馈信号会依据以下几种不同的状况分类解决：①前后墙对燃烧模式的锅炉，磨煤机的开闭均可能作用于锅炉NOx的产出，但是实际前馈回路理当考虑到其开闭操作的超弛影响；②进口NOx浓度及绝对浓度会随炉膛燃料的改变而波动，理当根据不同氧含量及NOx产出情况各异，合理构造曲线函数，由于其受前馈回路作用，入口NOx浓度的波动便是由于炉内燃料多少的改变，可能存在滞后情况，应当适当对前馈数据信号的惯性单元加以调控；③考虑喷氨智能超弛影响，由于RB工况火电厂实际送风量及燃料均会大幅减少，喷氨一经触发RB状况，调控阀门开度超弛就应当尽快保证开度60%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.2 脱硝系统顺序控制逻辑优化
火电厂脱硝系统控制仪器主要包括稀释风机A/B及反应器氨气速关阀。锅炉送风机开启后，人工开启稀释风机；锅炉引风机关闭后，人工关掉稀释风机。
一般通过蒸发器出口的阀门来调节氨站的氨气缓冲罐压力，将其供气主管压力保持在0.2MPa左右即可；通过控制阀门来改变氨气的流量，其目的即为了监控烟囱排放出口NOx含量。因为所排烟气含有的一氧化氮（NO）在NOx中的比例极高，也就代表着调节好了SCR出口处NO浓度便可确保达标排放。喷氨调控有以下2个目的：①保证SCR出口处NOx含量达标；②尽可能实现较低的氨气逃逸率。依照脱硝的实质，喷氨智能化操控系统的调节能力越高，其氨气逃逸率也就更容易达到SCR最低数值，从而减少空预器冷端所排放的硫酸氢铵，尽可能的降低其内部摩擦，降低检修及维护电厂设施频次，改善机组产能效果。
4.2.1单回路控制
拟定锅炉排放的NOx总量保持平稳水平，单回路调控能够满足排放水平。因为监测仪器和现场机组工况的波动，NOx含量的浮动频次及范围随时长逐渐变化，这种情况下比例增益难以调节，微分作用也不适用，无法实现可接受的调控效果。
4.2.2单回路变参数控制
可在单回路控制的条件下进行优化，附加了跟负荷波动有关的P、D因子。NOx浓度会因负荷降低而升高，脱硝系统内部会出现等幅振荡现象，然而仍然无法抗击50%--100%的负荷波动，调控状况未出
现明显改善。
4.2.3 前馈控制
进行300MW规模的燃煤供热厂房脱硝系统升级优化工作时，拟定其SCR进口处NOx浓度作为干扰信号。不再使用PID变参数功能，而是将干扰信号当成控制器前馈，从而改变喷氨阀门大小，经由开环调控，迅速反应NOx浓度的波动，进而实现喷氨阀位及烟气流量随进口处NOx含量波动而及时调整，尽量保证SCR出口处NOx浓度维持在45±7.5mg/m3，大体上避免了振动，达到了平稳调控，脱硝装置氨逃逸率也可保持在0.0015‰上下。
4.2.4 物质平衡前馈调控
实现前馈调控之后，代入脱硝选择性还原公式，计算出喷氨流量跟SCR进口处NOx总量相关联的实质。拟选监测较为平稳恒定的锅炉总送风量乘上系统进口处NOx浓度，当成前馈调控器的输入数据，这样一来前馈调控的幅度既可适应燃烧水平的浮动，也可抵抗燃烧负荷的冲击，实现尽量低的SCR出口浓度的同时保证较高的精度，系统内氨逃逸率也可保持在0.0015‰上下，维持系统整体有序、稳定运行。
4.2.5 匹配全工况的控制
因为CEMS检修及养护频次太多，一般就换成手动调控，若仪器出现问题，自动会切换至手动调节。若机组平稳作业，上述自动调节方式便能保障脱硝系统高效作业。然而，因为燃耗质量常发生波动，NOx短时期内波动也随之增加，负责人员无法很好的调节，很难及时处理，导致出口排放不达标甚至氨逃逸率过高。因而，可构建特殊调控模式，来弥补不足，通过条件转换来达成。可以在节省脱硝系统日常检修及养护成本的同时实现电厂高效、平稳作业，降低氨逃逸率，做到节能减排。
若SCR进口处NOx浓度检测仪器出现问题或需按时养护时，可取消前馈调控机制；若SCR进口处NOx浓度检测仪器出现问题或需按时养护，则转换至氨逃逸率闭路调控（见图5所示脱硝系统路径），预设氨逃逸率为0.0015‰，同时辅以机组烟囱排放出口NOx的大延迟闭路调控，若氨逃逸率设施运行不平稳，可考虑只使用大延迟闭路调控。
综上所述，优化前馈调控能够在短期内实现调节质量的有效提升。为了达到 NOx 的深度减排，在确保氨逃逸率可接受的条件下，可在进行SCR自身性能测试之后，通过SCR出口处闭路调控辅以NH3逃逸辅助闭路调控的模式，进行优化升级获取一套高效可行的控制策略，以极大地减小出口处NOx浓度。
5 结语
近些年，随着环境污染程度不断恶化及人们日益增长的对环境质量的要求，我国政府也越来越重视火电厂等企业的污染物排放达标状况，特别是氮氧化物的排放标准有了更为严格的限制。许多火电厂为相应政府号召、实现节能减排，采用选择性催化还原作为脱硝系统的主流技术，这种方法虽有成效也被多数电厂选用，但仍存在一定不足。本文总结了当前国内火电厂脱硝系统控制当中常出现的问题，并根据几种不同的实际状况提出了相应的优化举措，可在不断提升电厂企业脱硝效果之外，为同领域其他企业脱硝系统的平稳、高效运行提供一定的借鉴意义。
参考文献:
[1]吴智鹏, 毛奕升. 火电厂超低排放脱硝控制策略优化研究与实践[J]. 锅炉制造, 2016(3):1-4.
[2]赵硕. 火力发电机组火电厂脱硝控制策略及优化[J]. 中外企业家, 2017(5).
论文作者:肖健楠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：火电厂论文; 系统论文; 回路论文; 浓度论文; 烟气论文; 氨气论文; 电厂论文; 《电力设备》2019年第1期论文;