變參數(shù)串級控制在脫硝自動中的應用

黨阿娟

摘 要：大容量火電機組基本采用SCR脫硝裝置，針對脫硝系統(tǒng)具有延遲、大滯后等特性，采用了串級變參數(shù)的控制策略來適應SCR反應的特性，使脫硝自動投入率和投入效果得到很大程度的改善。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原SCR；控制策略；變參數(shù)；NOX

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.167

1 概述

大唐寶雞熱電廠脫硝采用選擇性催化還原反應SCR，每臺鍋爐布置兩臺SCR反應器，煙氣從鍋爐省煤器后煙道引出。通過SCR反應器進行脫硝反應，再送至空氣預熱器前煙道，SCR反應器本體內(nèi)裝有蜂窩壯催化劑，混合好的煙氣與氨進入反應器本體后，在催化劑的催化作用下煙氣中的NO與氨進行氧化還原反應，生成氮氣和水。

2 脫硝自動控制存在的問題及原因分析

（1）原設計為設定值與實際出口NOx濃度動態(tài)偏差進行調(diào)節(jié)的單回路控制系統(tǒng)。機組在負荷波動引起NOx濃度、煙氣流量擾動，排入大氣 NOx超標。

（2）單回路控制系統(tǒng)未考慮到SCR反應系統(tǒng)具有大滯后特性。PID調(diào)節(jié)超調(diào)現(xiàn)象嚴重，反應器出口氨逃逸偏大，氨耗高，增加運行成本，且逃逸的氨在空預器中與SO3生成硫酸氫氨，由于硫酸氫氨物理性質(zhì)較粘，附著在空預器換熱板上，造成空預器堵塞。

3 控制策略制定及實施

根據(jù)脫硝SCR系統(tǒng)具有大滯后、有自平衡等特性，采用串級變參數(shù)的控制策略。主調(diào)直接來調(diào)節(jié)反應器出口NOX標態(tài)值，出口NOX設定值和測量值的差值計算出所需氨氣流量的變化量；副調(diào)來調(diào)節(jié)所噴射的氨氣流量，利用氨氮摩爾比原理，SCR 入口NOX濃度和設定氨氮摩爾比計算出氨氣流量，主調(diào)計算出的氨氣流量的變化量做為副調(diào)的設定值，氨氣流量設定值與實際氨氣流量差值計算出閥門開度。下圖為帶修正的脫硝串級調(diào)節(jié)回路：

3.1 理論氨氣流量的計算

脫硝主要的反應機理是：通過在合適的溫度下向有催化劑的反應器里噴入的適量的氨，其會產(chǎn)生如下的化學反應：

4NO + 4 NH3+O2 →4N2+6H2O 2NO2 + 4 NH3 +O2 →3N2+6H2O

3.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

（1）變參數(shù)的應用：由于脫硝系統(tǒng)噴氨和反應器出口NOX的變化是典型的大滯后被控對象。調(diào)節(jié)器參數(shù)設定過強，只要反引起出口NOX與設定值有偏差，氨氣流量波動大，致出口NOX很難穩(wěn)定；調(diào)節(jié)器參數(shù)設定過弱，當出口NOX與設定值相差較大時，調(diào)節(jié)器需要很長的調(diào)節(jié)時間，會導致反應器出口NOX超過國家環(huán)保標準值或反應器出口NOX長時間維持在低限。這兩種情況的耗氨量都高。采用變參數(shù)調(diào)節(jié)器來適應SCR反應系統(tǒng)的大滯后特性。

國家環(huán)保要求脫硝出口NOX不能超過50mg/Nm3 ，運行將脫硝出口NOX設定在20mg/Nm3 -40mg/Nm3 之間。

（2）副調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)閥門開度調(diào)節(jié)氨氣流量，主要消除負荷變化、氨氣流量波動、煤質(zhì)和燃燒引起反應器入口NOX濃度變化等原因引起的擾內(nèi)，為是粗調(diào)，要求動作快。要求調(diào)節(jié)器參數(shù)相對強（比例帶180，積分時間150）。

（3）噴氨自動控制回路安全措施設置：當出口NOX濃度大于45mg/Nm3時，執(zhí)行機構(gòu)的手操器將閉鎖關(guān)指令。當噴氨調(diào)節(jié)閥投入自動時，為了防止異常工況下，調(diào)節(jié)閥門全關(guān)和全開，調(diào)節(jié)閥指令上限90%，下限10%。為了防止積分飽和，副調(diào)輸出上限80%，下限10%，主調(diào)輸出上限88t/h，下限20t/h。

（4）為了防止脫硝投入條件不具備或脫硝跳閘后有氨氣噴入反應器。當反應器跳閘、煙氣溫度低于300℃或噴氨關(guān)斷閥已關(guān)時強制關(guān)閉對應的噴氨調(diào)節(jié)閥。

4 應用效果

（1）串級變參數(shù)的控制策略在我廠脫硝自動中中，脫硝自動的運行品質(zhì)較之前單回路控制策略有了明顯的改善，在系統(tǒng)穩(wěn)定負荷、變負荷、煤質(zhì)變化及煙氣流量波動的條件下減小了反應器器出口NOX控制在合理的范圍之內(nèi)。

串級變參數(shù)的控制策略使用，使噴氨自動控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定投入。脫硝投入率從不到30%提高至98%以上。脫硝自動系統(tǒng)穩(wěn)定，動靜態(tài)偏差均符合脫硝自動要求。

（2）優(yōu)化前反應器出口NOX隨入口NOX波動大，氨逃逸率平均在1.5ppm，自動投入率不到30%；反應器出口NOX動態(tài)偏差為12 mg/Nm3。優(yōu)化后穩(wěn)態(tài)偏差為6 mg/Nm3，氨逃逸平均0.5ppm。

氨耗占脫硝成本的50%以上，控制方案實施后，機組運行半年，空預器進出口差壓始終保持在1kPa以下。

5 結(jié)論

串級變參數(shù)和理論氨氣流量作為副調(diào)的串級控制策略的使用，解決了脫硝反應系統(tǒng)有大滯后給控制系統(tǒng)帶來的影響，加強了控制系統(tǒng)抗擾能力，使噴氨自動控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定投入，投入率提高至99%以上。大幅度的減少了氨氣消耗量，也保證了空預器的正常運行。

參考文獻：

[1]DL/T774-2015.火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程[S].endprint