SNCR 脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化

趙 龍

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

1 設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行情況

1.1 工藝方案

SNCR脫硝系統(tǒng)為新型干法水泥生產(chǎn)線配套建設(shè)項(xiàng)目，其工藝系統(tǒng)主要包括圖1所示的氨水噴射系統(tǒng)和圖2所示的輔助系統(tǒng)兩部分。具體包括卸氨模塊、氨水儲(chǔ)罐模塊、氨水輸送模塊、分配模塊、氨水噴射模塊、壓縮空氣模塊。外購(gòu)氨水運(yùn)輸至廠區(qū)后，通過(guò)卸氨泵將槽罐車內(nèi)的氨水輸送至氨水儲(chǔ)罐，再通過(guò)氨水輸送泵將氨水儲(chǔ)罐的氨水輸送至分配模塊，通過(guò)分配模塊來(lái)控制進(jìn)入噴霧系統(tǒng)。此外針對(duì)氨水介質(zhì)的特性，為了保證脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還配套有輔助系統(tǒng)。

圖1 氨水噴射系統(tǒng)圖

圖2 輔助系統(tǒng)圖

本項(xiàng)目采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氨水，氨水儲(chǔ)罐儲(chǔ)量按滿足至少5天以上需求量來(lái)配置。

1.2 脫硝控制系統(tǒng)

脫硝系統(tǒng)采用PLC控制，PLC選用的是西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品。控制系統(tǒng)包含1套PLC、上位機(jī)控制系統(tǒng)及1臺(tái)就地10寸觸摸屏。PLC是與工藝、電氣設(shè)備之間的接口，直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接，承擔(dān)各種信號(hào)的輸入、輸出及信號(hào)轉(zhuǎn)換。上位機(jī)和就地觸摸屏是控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，它輸入操作員的控制操作狀態(tài)及給定值等信號(hào)，同時(shí)向操作員提供各種工藝、電氣和自動(dòng)化信息，實(shí)現(xiàn)人對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。PLC和操作站之間采用100M光纖工業(yè)以太網(wǎng)連接，傳輸速度快，可靠性高見(jiàn)圖3。

此外，PLC控制器預(yù)留有與現(xiàn)有生產(chǎn)線DCS系統(tǒng)以及后期與其他系統(tǒng)連接用的Profibus-DP通信串口，供后期各系統(tǒng)之間的整合，來(lái)達(dá)到統(tǒng)一監(jiān)控。

1.3 脫硝運(yùn)行

脫硝系統(tǒng)利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%濃度的氨水直接噴入分解爐，系統(tǒng)的運(yùn)行是根據(jù)煙氣中的NOx的含量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氨水輸送泵變頻器的頻率來(lái)控制氨水的噴入量，從而控制NOx的濃度在控制范圍以下。

圖3 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

由于脫硝的運(yùn)行需要根據(jù)煙氣中的NOx的含量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，而煙氣量以及煙氣中的NOx含量會(huì)隨著生產(chǎn)線的原料、燃料、設(shè)備及操作員操作情況隨時(shí)發(fā)生變化。在本系統(tǒng)中，在分解爐的四周均勻布置6支噴槍。當(dāng)脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，NOx含量降低，氨水噴入量隨之減少，至系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)NOx繼續(xù)下降時(shí)，氨水噴入量繼續(xù)減少，當(dāng)氨水噴入量降至72L/h以下時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)NOx不再下降，反而有上升趨勢(shì)，脫硝效果不佳。經(jīng)分析，系統(tǒng)所選用噴槍每支正常工作流量為12～500L/h，6支噴槍需要最低工作流量為72L/h，當(dāng)?shù)陀诖肆髁亢螅荒軡M足噴槍的工作要求，噴槍的霧化效果差，而氨水溶液的霧化效果以及氨水與煙氣的混合均勻度直接關(guān)系到整個(gè)脫硝系統(tǒng)的脫硝效率。

2 改造方案

2.1 工藝改造（見(jiàn)圖4）

由于當(dāng)煙氣中的NOx含量較低的情況下，單獨(dú)噴20%濃度的氨水，噴射流量無(wú)法保證6支噴槍全部正常運(yùn)行，故為了兼顧噴槍工作流量要求及NOx達(dá)標(biāo)要求，需要在脫硝系統(tǒng)中增加除鹽水系統(tǒng)，利用除鹽水作為氨水載體，根據(jù)噴槍特性，先提供足夠流量除鹽水載體，至少可保證噴槍的正常運(yùn)行，其后根據(jù)NOx的濃度來(lái)對(duì)氨水流量進(jìn)行噴入控制。

2.2 控制系統(tǒng)優(yōu)化（見(jiàn)圖5）

工藝系統(tǒng)增加了除鹽水系統(tǒng)，并且在控制系統(tǒng)中增加4個(gè)閉環(huán)控制。

圖4 脫硝系統(tǒng)工藝改造圖

圖5 控制系統(tǒng)優(yōu)化流程圖

圖6 實(shí)際運(yùn)行控制界面

定流量控制1：以除鹽水流量計(jì)的設(shè)定值來(lái)控制除鹽水的調(diào)節(jié)閥開度。單支噴槍的正常霧化工作流量需求為12～500L/h，所以6支噴槍管道中至少需要維持72L/h的流量，才能確保噴槍的正常運(yùn)行。

定流量控制2：以NOx濃度的設(shè)定值來(lái)控制氨水調(diào)節(jié)閥開度。定流量控制2是建立在除鹽水使得噴槍正常霧化的工作基礎(chǔ)上，即是建立在定流量控制1的基礎(chǔ)上的，通過(guò)定流量控制2閉環(huán)控制使得NOx濃度始終控制在允許范圍以內(nèi)。

定壓控制1和定壓控制2：以氨水輸送泵或除鹽水輸送泵與調(diào)節(jié)閥之間管道的壓力的設(shè)定值來(lái)控制輸送泵變頻器的頻率。通過(guò)管壓壓力的閉環(huán)控制，使泵與調(diào)節(jié)閥之間的管路壓力達(dá)到操作人員設(shè)定的壓力值，使管壓穩(wěn)定，可以為除鹽水和氨水的穩(wěn)定供給提供保證，同時(shí)對(duì)于除鹽水輸送泵和氨水輸送泵的節(jié)能運(yùn)行也是一個(gè)很好的控制方式。

在脫硝系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行模式下，在整個(gè)系統(tǒng)條件具備的前提下，首先啟動(dòng)定壓控制1，啟動(dòng)及控制除鹽水輸送泵，使得除鹽水管道壓力穩(wěn)定至設(shè)定值，然后啟動(dòng)定流量控制1，通過(guò)除鹽水定流量控制控制除鹽水調(diào)節(jié)閥，達(dá)到噴槍正常霧化所需工作流量，等到噴槍穩(wěn)定工作后再啟動(dòng)氨水投入，首先啟動(dòng)定壓控制2，啟動(dòng)及控制氨水輸送泵，使得氨水管道壓力穩(wěn)定至設(shè)定值，然后啟動(dòng)定流量控制2，通過(guò)氨水流量控制控制氨水調(diào)節(jié)閥，根據(jù)設(shè)定的NOx濃度值與NOx濃度實(shí)時(shí)反饋值比較，并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氨水投入，直至整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖6為實(shí)際運(yùn)行的部分畫面。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改造和系統(tǒng)優(yōu)化后，脫硝系統(tǒng)能很好的適應(yīng)生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行工況，能根據(jù)NOx情況實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)，脫硝效果明顯，系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)有效的降低成本。