火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)

(華電宜賓分公司熱工專業(yè)公司，四川 宜賓 644000)

0 引 言

主要介紹了火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)中直接影響到脫硝效果的供氨調(diào)節(jié)門由于自動控制系統(tǒng)不適合現(xiàn)場工況，導(dǎo)致脫硝自動控制系統(tǒng)波動大，正常運(yùn)行中自動無法投入。通過對現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)組態(tài)的分析和優(yōu)化。提高自動投入率，確保脫硝自動系統(tǒng)正常投入，NOX排放物達(dá)標(biāo)排放要求。

1 故障現(xiàn)象

某2×600 MW火電廠脫硝系統(tǒng)采用催化還原法脫硝(SCR)工藝進(jìn)行脫硝工作。脫硝裝置布置于省煤器之后，液氨作為還原劑，經(jīng)過蒸汽水浴加熱蒸發(fā)成氨氣，再經(jīng)稀釋風(fēng)稀釋后，在催化劑作用下，將氮氧化物在一定溫度條件(設(shè)計(jì)為330 ℃～420 ℃)下還原為無害的氮?dú)夂退?。從系統(tǒng)構(gòu)造來看，影響脫硝效果好壞的一個重要因素就是還原劑氨氣噴入脫硝反應(yīng)器的多少直接決定著脫硝系統(tǒng)的工作效果。如果噴入氨氣過少，會出現(xiàn)氮氧化物超排，如果噴入氨氣過多，會導(dǎo)致液氨的浪費(fèi)。根據(jù)環(huán)保局的要求結(jié)合該廠的具體情況要求運(yùn)行人員通過控制液氨調(diào)節(jié)門的開度控制脫硝后NOX含量在80～130 mg/nm3之內(nèi)。運(yùn)行人員將供氨調(diào)節(jié)門投入自動后長期出現(xiàn)調(diào)門波動大，自動經(jīng)常退出，NOX含量長期超排或液氨噴入過多的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，增大運(yùn)行人員的工作量。

2 原因分析

為了找出對液氨調(diào)節(jié)門不能自動正常投運(yùn)的原因，分別從系統(tǒng)和DCS組態(tài)上進(jìn)行查找，找出問題并針對問題一一解決。

(1)通過對DCS系統(tǒng)中氨氣流量控制閥PID控制模塊組態(tài)的分析發(fā)現(xiàn)，組態(tài)系統(tǒng)中的控制對象過程值為機(jī)組脫硝后的脫硝效率即(脫硝前煙氣NOX含量-脫硝后煙氣NOX含量)÷脫硝前煙氣NOX含量×100。而運(yùn)行人員在實(shí)際運(yùn)行操作中根據(jù)相關(guān)要求主要是控制脫硝后煙氣NOX含量在80～130 mg/nm3范圍內(nèi)運(yùn)行，控制對象脫硝效率和脫硝后煙氣NOX含量有關(guān)但不能直接及時(shí)反應(yīng)脫硝后煙氣NOX含量的變化情況，控制目標(biāo)含糊導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)期控制效果，這是導(dǎo)致自動長期不能投運(yùn)的主要原因。

(2)從系統(tǒng)上看，分別調(diào)取液氨調(diào)節(jié)門指令和反饋曲線，液氨流量和液氨調(diào)節(jié)門閥位反饋曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)液氨調(diào)節(jié)門反應(yīng)遲緩，死區(qū)大，最大時(shí)達(dá)到6%。對液氨流量和液氨調(diào)節(jié)門閥位反饋曲線分析發(fā)現(xiàn)液氨流量對調(diào)節(jié)門閥位反饋曲線跟蹤的不好。這是造成脫硝自動投入效果不理想的原因之一。

(3)現(xiàn)場使用的煙氣分析儀表為北京雪迪龍生產(chǎn)的SCS-900型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，為了防止伴熱取樣管路堵塞該系統(tǒng)設(shè)置為每5 min系統(tǒng)自動反吹一次，每15 min系統(tǒng)自動標(biāo)定一次，在系統(tǒng)自動反吹和標(biāo)定期間，其NOX測量值鎖定為反吹和標(biāo)定前NOX測量值。由于反吹和標(biāo)定的頻率高、時(shí)間長會導(dǎo)致自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在測量值鎖定期間出現(xiàn)過調(diào)情況，反吹和標(biāo)定完成后，系統(tǒng)又會花較長時(shí)間進(jìn)行回調(diào)，致使調(diào)節(jié)系統(tǒng)大范圍波動，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這是導(dǎo)致自動長期不能投運(yùn)的主要原因。

3 處理對策

針對以上3條導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)中供氨調(diào)節(jié)門不能投入自動運(yùn)行的原因，逐一進(jìn)行分析，并根據(jù)該系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行解決處理。

(1)針對當(dāng)前自動控制PID模塊控制對象為脫硝效率，而在實(shí)際運(yùn)行操作中又是以脫硝后NOX含量作為考核指標(biāo)，雖然脫硝效率和脫硝后NOX含量有一定關(guān)聯(lián)，但由于控制目標(biāo)的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致自動投入后效果差。根據(jù)這一情況，利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會對DCS中自動模塊目標(biāo)值(即PV值)進(jìn)行修改，將原來的脫硝效率改為NOX含量測量值，實(shí)現(xiàn)自動控制目標(biāo)值即為運(yùn)行人員考核目標(biāo)，方便運(yùn)行人員操作和控制。如圖1所示。

(2)針對系統(tǒng)中供氨調(diào)節(jié)門死區(qū)偏大，閥門開度和液氨流量曲線跟蹤不好的問題。通過現(xiàn)場檢查，該系統(tǒng)中供氨調(diào)節(jié)門為美國進(jìn)口Limitorque電動執(zhí)行器，該執(zhí)行器的死區(qū)可以從1%～50%任意選擇，執(zhí)行器默認(rèn)值為2%。根據(jù)以上情況進(jìn)入執(zhí)行器系統(tǒng)設(shè)置菜單后將死區(qū)由2%修改為1%，以增強(qiáng)閥門對DCS指令響應(yīng)的靈敏度。同時(shí)從系統(tǒng)上檢查，在供氨調(diào)節(jié)門前設(shè)置有一過濾器，由于長期使用液氨過濾器可能存在堵塞情況。過濾器是影響液氨流量曲線跟蹤液氨調(diào)節(jié)門開度曲線不好的重要原因，利用停爐機(jī)會對過濾器進(jìn)行清洗或更換。

(3)現(xiàn)場在線煙氣監(jiān)測儀表CEMS所具有的自動維護(hù)功能(定時(shí)自動反吹和定時(shí)自動標(biāo)定)是導(dǎo)致該系統(tǒng)自動投入不理想的最大因素，對自動控制系統(tǒng)的擾動也最大，對自動調(diào)節(jié)要求也更高，如果這個問題解決不好，很有可能導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)徹底崩潰，在不增加新的投入的情況下，利用現(xiàn)有設(shè)備只有在DCS組態(tài)邏輯上進(jìn)行考慮，當(dāng)DCS系統(tǒng)檢測到CEMS儀表在自我維護(hù)(反吹、標(biāo)定、故障)等測量輸出值不是煙氣NOX含量真實(shí)值的情況下自動控制系統(tǒng)、自動停止系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能，將供氨調(diào)節(jié)閥門開度維持在在線監(jiān)測儀表自我維護(hù)之前的開度，當(dāng)在線監(jiān)測儀表自我維護(hù)完成后自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)再開放調(diào)節(jié)功能進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，盡量減少在線監(jiān)測儀表CEMS自我維護(hù)過程中煙氣NOX測量值輸出自動鎖定導(dǎo)致的擾動對自動控制系統(tǒng)的影響。如圖1所示。

圖1中MOXPODII模塊為DCS中自動調(diào)節(jié)PID模塊。CFK34XB104為分析儀校準(zhǔn)狀態(tài)，CFK34XB101為分析儀故障狀態(tài)，CFK34XB106為分析儀反吹狀態(tài)。當(dāng)3個狀態(tài)中任何一個發(fā)出通過一個OR模塊進(jìn)行判斷。ST_SEL模塊為選擇開關(guān)，當(dāng)S1為1時(shí)VAL2為輸出值即HSJ12AA100_SP(設(shè)定值)為輸出值，此時(shí)MOXPODII模塊設(shè)定值RSP和測量值PV相同，MOXPODII模塊不進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)S1為0時(shí)，ST_SEL模塊VAL1即HSA20CQ103(分析儀NOX測量值)為輸出值，MOXPODII模塊根據(jù)設(shè)定值和測量值偏差進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

圖1 現(xiàn)場煙氣監(jiān)控制模塊圖

4 總 結(jié)

通過以上幾條措施的執(zhí)行，脫硝供氨調(diào)節(jié)門自動運(yùn)行投入率大大提高，在不對系統(tǒng)進(jìn)行大的改動下，自動系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性得到了很大的提升。當(dāng)然，如果要徹底避免CEMS在線監(jiān)測儀表自我維護(hù)功能對自動控制系統(tǒng)的影響，建議應(yīng)多增加一臺脫硝出口CEMS在線監(jiān)測儀表，DCS組態(tài)中對兩臺CEMS測量的NOX值進(jìn)行分析判斷，當(dāng)兩臺儀表均正常工作時(shí)，NOX值取兩臺儀表測量的平均值，當(dāng)一臺進(jìn)行自我維護(hù)時(shí)，NOX值取正常工作儀表值，這樣將更進(jìn)一步提高該自動控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

隨著國家對環(huán)保要求的提高以及兩部委《燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法》的實(shí)施，火力發(fā)電廠對環(huán)保系統(tǒng)和環(huán)保設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提出了更高的要求，前面以600 MW火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)為例，詳細(xì)分析了在火力發(fā)電廠中影響脫硝自動控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的各類因素以及解決處理辦法，為同類型的問題提供了一個成功的案例。

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