煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

張晶輝+王進(jìn)+羅婷

【摘 要】論文針對煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，將從煙氣脫硝系統(tǒng)的工藝原理入手，根據(jù)現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制方案存在的問題及其分析，進(jìn)而確定單回路加前饋信息控制相關(guān)參數(shù)。最后，論文對系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化試驗(yàn)過程展開論述，希望能為提升我國煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用水平提供參考性建議。

【Abstract】According to the development and application of automatic control technology of flue gas denitration system， based on the technology principle of flue gas denitration system， paper determines the single loop and feed-forward control information related parameters based on the problems and analysis of the ammonia injection automatic control scheme， finally paper discusses the system debugging and optimization test process， hoping to provide reference to improving the development and application of automatic control technology of flue gas denitration system of China.

【關(guān)鍵詞】煙氣脫硝系統(tǒng)；自動(dòng)控制；技術(shù)研發(fā)；應(yīng)用

【Keywords】flue gas denitrification system； automatic control； technology research and development； application

【中圖分類號(hào)】TK28 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）07-0171-02

1 煙氣脫硝系統(tǒng)工藝原理

脫硝系統(tǒng)（以尿素?zé)峤夤に嚍槔┲饕怯赡蛩厝芤褐苽鋬?chǔ)存系統(tǒng)、高流量循環(huán)模塊（HFD-PCV）、計(jì)量分配模塊（MDM）、尿素?zé)峤庀到y(tǒng)、SCR裝置、氨氣混合氣體分配系統(tǒng)等組成。主要分為SCR反應(yīng)器系統(tǒng)，以及尿素制備熱解制氨系統(tǒng)兩個(gè)部分。其中，SCR反應(yīng)器采用高塵區(qū)垂直布置方式，使煙氣直接從省煤器經(jīng)SCR反應(yīng)器進(jìn)入到空預(yù)器。尿素溶液由除鹽水+尿素顆粒制成，由HFD-PCV輸送到SCR區(qū)域，由MDM進(jìn)行計(jì)量。經(jīng)過其精確計(jì)量分配，滿足脫硝用量后，噴入到熱解爐。通過電站鍋爐提供的熱煙氣，尿素溶液將熱解成氨氣，進(jìn)而達(dá)到脫除鍋爐煙氣中氮氧化物的目的。

2 現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制方案存在問題及分析

2.1 現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制問題

現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制問題，主要是機(jī)組負(fù)荷發(fā)生較快變化時(shí)，造成反應(yīng)器出口NOx排放量與實(shí)際需求量不匹配。許多運(yùn)行人員為了使噴氨系統(tǒng)將NOx控制在合理濃度范圍內(nèi)，經(jīng)常人工開大氨調(diào)節(jié)閥，造成脫硝設(shè)備出口氨逃逸量排放超標(biāo)，進(jìn)而影響電站排放達(dá)標(biāo)情況。

2.2 系統(tǒng)自動(dòng)控制方案分析

脫硝系統(tǒng)噴氨自動(dòng)控制方案，可從以下幾部分進(jìn)行分析。第一，系統(tǒng)單回路自動(dòng)控制方式。該種方式是將NOx排放質(zhì)量濃度及脫硝效率為被控量，主要有NOx排放濃度波動(dòng)大、氨逃逸高等問題。第二，串級控制的方式。以NOx濃度作為外回路測量值，運(yùn)行者給出環(huán)保要求設(shè)定值，但其測量進(jìn)程若出現(xiàn)故障將無法正常運(yùn)行。第三，串級回路加前饋信號(hào)控制方式。該方式是將其NOx測定值為被調(diào)量，同時(shí)將出口氮氧化物的濃度作為主調(diào)節(jié)器設(shè)定值。經(jīng)過PID運(yùn)算得到的噴氨量，進(jìn)而生成指令調(diào)節(jié)噴氨調(diào)節(jié)閥。第四，單回路加前饋信號(hào)控制方式。根據(jù)煙氣流量、NOx濃度設(shè)置，進(jìn)而響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷帶來的變化。

3 確定單回路加前饋信息控制參數(shù)

3.1 前饋信號(hào)分析確定

經(jīng)分析，最終確定控制方案為單回路+前饋信號(hào)控制方案。機(jī)組穩(wěn)定情況下，出口NOx濃度變化主要受尿素溶液電動(dòng)門開度的影響，慣性時(shí)間足有180s，調(diào)門開度變化遲緩，入口NOx濃度及煙氣量變化是主要前饋信號(hào)。機(jī)組變動(dòng)工況下，截取鍋爐負(fù)荷、煙氣量等變化曲線15min，其慣性時(shí)間180s左右，調(diào)門開度變化遲緩，入口NOx濃度及煙氣量變化是主要前饋信號(hào)。

3.2 控制組態(tài)與參數(shù)設(shè)定

為了便于閉環(huán)與開環(huán)控制方案效果的對比，控制指令試驗(yàn)后，其接口回路選擇，需要通過加法算法塊，以及分段線性算法塊實(shí)現(xiàn)原開環(huán)及新閉環(huán)控制方案的有效結(jié)合，并對輸出指令加以分析[1]。再通過參數(shù)設(shè)定，使開環(huán)與閉環(huán)變化保持統(tǒng)一，切換大致流程從k1=0 k2=1，到k1=1 k2=0。切換過程需要保證調(diào)門動(dòng)作方向及幅度的正確性，避免擾動(dòng)及振蕩現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 技術(shù)參數(shù)設(shè)置

技術(shù)參數(shù)設(shè)置主要包括三部分。其中，鍋爐煙氣量前饋參數(shù)確定是以6s為滯后時(shí)間，經(jīng)過超前/滯后環(huán)節(jié)算法和分段線性發(fā)生器的運(yùn)算，再以8s為滯后時(shí)間，與NOx設(shè)定值相乘，比例k=0.370修正后，經(jīng)過加法器運(yùn)算得到煙氣量前饋函數(shù)，如表1所示。另外，入口NOx前饋函數(shù)確定，將滯后時(shí)間設(shè)置為2s，其前饋函數(shù)如表2所示。最后，參數(shù)設(shè)置中，機(jī)組負(fù)荷前饋函數(shù)參數(shù)情況如表3所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化試驗(yàn)

4.1 靜態(tài)調(diào)試

由于電廠燃燒材料不同，引入的氮氧化物濃度也會(huì)具有一定差別。在氮氧化物質(zhì)量及濃度設(shè)定值為85～90mg/m3條件下，需要對尿素量及調(diào)門開度參數(shù)進(jìn)行完善。同時(shí)，根據(jù)尿素流量平衡原則，尿素溶液電動(dòng)調(diào)節(jié)閥A控制鍋爐負(fù)荷前饋的參數(shù)設(shè)置，與具體調(diào)整靜態(tài)參數(shù)如表4所示。針對尿素流量數(shù)值偏低等問題，需保持原尿素前饋信號(hào)限制值不變，T2滯后時(shí)間設(shè)定為60s，進(jìn)而降低調(diào)門閥的使用損壞程度。為提高脫硝控制系統(tǒng)的品質(zhì)，氮氧化物的前饋信號(hào)。在此信號(hào)中，比較器算法塊的輸入信號(hào)判斷如下：超前時(shí)間為2.5s時(shí)，LEAD/LAG1滯后時(shí)間為5s，LEAD/LAG2為15s。令入口NOx濃度增加，其噴氨量需求加大，控制指令增加。此時(shí)，前饋微分信號(hào)中的

f（x）2輸出結(jié)果增大。另外，LEAD/LAG2輸出需要小于LEAD/LAG1。對于2路輸入信號(hào)，其LEAD/LAG2輸出為負(fù)，LEAD/LAG1輸出為正。

動(dòng)態(tài)調(diào)整曲線參數(shù)設(shè)置過程，其具體分析如下：出口氮氧化物設(shè)定值為86與91mg/m3，延遲時(shí)間為186s，慣性時(shí)間為203s。比例帶與積分時(shí)間按照kp=與Ti=0.8T兩個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算，得出kp=162.4s。因此，PID參數(shù)的整定結(jié)果為：積分時(shí)間為170s，比例帶為1.00，微分時(shí)間設(shè)定為0.0，微分增益為1，輸出上線為30。原設(shè)計(jì)尿素前饋信號(hào)作用效果明顯，可設(shè)置該信號(hào)數(shù)值輸出模塊Am，以此分析信號(hào)動(dòng)作規(guī)律。

5 結(jié)語

只有通過噴氨自動(dòng)控制新技術(shù)的研發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)脫硝效率的提高，降低氨消耗量對尾部煙道的腐蝕影響。本文針對煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，從煙氣脫硝系統(tǒng)的工藝原理入手，從現(xiàn)有噴氨自動(dòng)控制問題、系統(tǒng)自動(dòng)控制方案兩方面進(jìn)行了分析。接著，本文為確定單回路加前饋信息控制相關(guān)參數(shù)，對前饋信號(hào)、控制組態(tài)與參數(shù)設(shè)定、新技術(shù)參數(shù)設(shè)置等展開論述。最后，本文提出了系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化試驗(yàn)過程，分別包括靜態(tài)調(diào)試、動(dòng)態(tài)調(diào)試等重要內(nèi)容。希望本文的研究，能為提升我國煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用水平提供一份借鑒，進(jìn)而優(yōu)化噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陳鴻偉.燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)攔截濾網(wǎng)磨損與流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)研究[J].熱力發(fā)電，2017（03）：70-76.endprint