火電廠SCR脫硝噴氨自動控制策略探討

許俊永，孫法治

(1.華電國際萊城發(fā)電廠,山東 萊蕪 271100; 2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

火電廠SCR脫硝噴氨自動控制策略探討

許俊永1，孫法治2

(1.華電國際萊城發(fā)電廠,山東 萊蕪 271100; 2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

噴氨自動控制是火電廠SCR脫硝控制系統(tǒng)中為數(shù)不多的自動控制系統(tǒng)，由于噴氨自動控制存在較大遲延，其調(diào)節(jié)一直是一個難點問題，通過SCR區(qū)的氨氮反應原理、反應過程、控制系統(tǒng)的分析，制定合理的控制方案，為同類火電廠提供借鑒。

SCR區(qū)；脫硝；遲延；噴氨控制；前饋

1 SCR脫硝系統(tǒng)氨氮反應過程

SCR脫硝反應原理如圖1所示，脫硝化學反應式為

4NO+4NH3+O2→4N2+ 6H2O

(1)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

(2)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

(3)

其中式(1)和式(3)是主要反應過程，煙氣中90%以上的NOx是以NO形式存在。在反應過程中，與NOx反應生成無二次污染的N2和H2O隨煙氣排放。為使催化劑充分發(fā)揮作用，脫硝反應須在一定溫度區(qū)間內(nèi)進行。

圖1 SCR脫硝反應原理

SCR脫硝工程一般由還原劑系統(tǒng)、催化反應及煙氣系統(tǒng)、輔助及公用系統(tǒng)組成。工藝流程如圖2所示。

圖2 SCR法煙氣脫硝工藝流程

通過脫硝裝置的煙道及反應器位于鍋爐省煤器后空預器前，氨噴射格柵放置在SCR反應器上游位置。煙氣在鍋爐出口被平均分成兩路，每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應器里，即每臺鍋爐配有2臺反應器，在反應器里煙氣向下流過均流板、催化劑層后，進入回轉(zhuǎn)式空氣預熱器、靜電除塵、引風機和FGD，最后通過煙囪排入大氣[1]。

2 SCR脫硝控制系統(tǒng)特性分析

控制系統(tǒng)對象的動態(tài)特性取決于結(jié)構(gòu)特性，SCR脫硝控制系統(tǒng)具有其特殊性，從脫硝系統(tǒng)的工藝流程可看到，氨噴射格柵至SCR反應器上游的位置是氨氣與煙氣的混合區(qū)域，雖然已經(jīng)噴氨，但由于最終過程是一個化學反應，進入反應器催化劑層前，化學反應沒有產(chǎn)生，所以調(diào)節(jié)不會影響到控制對象。在反應器催化劑層中進行充分反應的過程需要一定時間，化學儀表數(shù)據(jù)的測量與內(nèi)部處理換算產(chǎn)生時滯，因此SCR脫硝控制系統(tǒng)對象是一個大遲延、大慣性的控制對象。

在現(xiàn)場生產(chǎn)中，許多電廠采用按照固定氨氮摩爾比脫除煙氣中NOx的控制方案,這種控制方式是設定值可調(diào)的單回路控制系統(tǒng)，其優(yōu)點是控制回路簡單易于調(diào)試和整定，缺點是會過度脫氮，增加運行成本。有的電廠采用脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度設定為定值，定值單回路控制系統(tǒng)控制，此方式的優(yōu)點是可按需脫除NOx，脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度為定值，但控制邏輯較復雜，系統(tǒng)調(diào)試和整定困難。對于具有較大遲延、慣性的控制對象我們常見的控制方案有串級控制、前饋-反饋控制、SMITH預估控制等方案。脫硝系統(tǒng)的控制對象復雜，影響因素有反應器溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO3濃度、水蒸氣濃度、鈍化影響和氨逃逸等。由于對象模型不易建立，采用SMITH預估方案難于實施；串級控制一般用到減溫水系統(tǒng)或給水系統(tǒng)這種系統(tǒng)相對較大的系統(tǒng)中，而且由于化學儀表的時滯，在反應器中增加化學儀表采用中間點不能快速反應。通過分析，引入合適前饋組成前饋-反饋控制回路，是提高系統(tǒng)控制快速性、準確性的合理方案。

許多電廠在控制方式中引入鍋爐負荷或機組負荷作為前饋信號，也有的引入煙氣流量信號作為前饋信號，進一步加強變負荷系統(tǒng)調(diào)節(jié)的及時性，同時可以彌補反應器和煙氣分析儀的時滯，但如果能夠引入計劃耗氨變化量的信號作為前饋，通過計劃耗氨量的變化，調(diào)整調(diào)門提前動作，會更準確平穩(wěn)達到調(diào)節(jié)目的。

3 控制策略

在SCR脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)中，采用控制策略是單回路+前饋控制方式，即SCR區(qū)氨氣自動調(diào)閥自動控制，以出口濃度為目標值的單回路控制方式，計劃增加需氨量(為液氨耗量-目前供氨量)計算作為前饋信號，反應器出口NOx濃度作為最終目標值?？刂撇呗許AMA圖如圖3所示。

圖3 SCR區(qū)噴氨自動控制SAMA圖

控制策略中存在2個重要環(huán)節(jié)需要復雜計算：一是反應器出口氮氧化物濃度的修正折算信號；二是計劃噴氨量前饋信號中的液氨耗量。

NOx一般是指修正到標準狀態(tài)下氧含量為6%時的干煙氣中NOx濃度， 其計算方法為

(4)

式中：NOx(mg/Nm3@6%O2)為修正到標準狀態(tài)下氧含量為6%時的干煙氣中NOx排放濃度，mg/Nm3；O2為實測干煙氣中氧含量，%。

計劃噴氨量前饋信號中的液氨耗量根據(jù)各NOx濃度通過化學計算式計算得到，計算方法如下：

液氨耗量=(煙氣量×NO濃度×17/(30×106)+煙氣量×NO2×17×4/(46×106)/3×氨氮比)/液氨純度

氨氮比=脫硝效率/100+逃逸率/入口氮氧化物濃度,標干6%O2

煙氣量：干基、標態(tài)、6%O2

因為煙氣中的NOx主要由NO和NO2組成，其中NO約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%[2]，因此也可以邏輯搭建時，可以根據(jù)現(xiàn)場化學儀表的情況，對液氨耗量公式進行搭建。

以折算后的NOx濃度作為被調(diào)量，維持出口NOx濃度濃度設定值在60～80 mg/Nm3，可以保證排放符合要求，在實際運行中，運行人員最終以脫硫吸收塔出口煙氣的NOx濃度為準對設定值做適當修正。

4 結(jié)束語

SCR區(qū)噴氨自動控制系統(tǒng)的投用，由于測量環(huán)節(jié)復雜，受外部因素影響較多，氨逃逸、煙氣量、氮氧化物參數(shù)時常不準確，需要及時維護，調(diào)閥前供氨流量計因管路堵塞造成不準確，噴氨調(diào)閥位置堵塞造成控制失靈等都是影響因素，SCR區(qū)噴氨自動是近年以來新增自動控制一個較為特殊，隨著測量儀表技術的不斷更新和自動化技術的進步，SCR區(qū)噴氨自動單回路+前饋的控制策略會得到優(yōu)化提高。

[1] 王 立，賀悅科.SCR煙氣脫硝自動化控制系統(tǒng)在三河電廠的應用[J].華北電力技術，2009,39(2):29-31.

[2] 羅子湛，孟立新.燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化[J].電站系統(tǒng)工程，2010,26(2):59-63.

Discussion on Automatic Control Strategy of SCR Denitration Ammonia Injection in Coal-fired Power Plant

XU Junyong1，SUN Fazhi2

(1.Huadian International Laicheng Power Plants,Laiwu, Shandong 271100,China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Ammonia spraying automatic is SCR DeNOxcontrol systems which are few in number in thermal power plant.It’s regulation is a difficulty because of ammonia spraying automatic with a big delay.Reasonable control scheme is made through analyzing ammonia reaction principle,reaction process,SCR control system which is a reference for the similar thermal power plants.

SCR area;denitration;delay;ammonia injection control;feedforward

TM621

A

1004-7913(2017)01-0005-02

許俊永(1978)，男 ，學士，高級工程師，從事熱控檢修工作。

2016-09-29)