燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化研究

熊健 楊平 曾楊

摘 要：針對目前燃煤電站應(yīng)用SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式過程存在的問題，本文從實踐角度出發(fā)，分析了SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式運用的基本原理，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化控制對策。結(jié)果表明，只有從成本控制角度出發(fā)，才能將SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式更好地運用于燃煤電站，進(jìn)而提升所處行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。

關(guān)鍵詞：燃煤電站；SCR煙氣脫硝噴氨；自動控制方式

中圖分類號：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0121-02

引 言

燃煤電站的生產(chǎn)建設(shè)過程中產(chǎn)生的煙氣，會對大氣環(huán)境造成污染影響。此情況下，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果利用起來，即加大SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式的研究力度，以提升煙氣脫硝噴氨系統(tǒng)運行使用的經(jīng)濟(jì)效益。此過程，研究人員應(yīng)將優(yōu)化控制的重點放在氨氣流量的控制，并將以往采用的基本控制方式與SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式進(jìn)行對比分析，以明確自動控制方式運用的優(yōu)勢所在，進(jìn)而在行業(yè)市場環(huán)境中實現(xiàn)普及。如此，燃煤電站的生產(chǎn)建設(shè)就不會對所處地區(qū)的大氣環(huán)境造成污染影響，有效推動了我國工業(yè)化發(fā)展建設(shè)的可持續(xù)進(jìn)程。

1 研究燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化的現(xiàn)實意義

據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，控制燃燒產(chǎn)生NOx的方法共有三種，分別是事前控制、事中控制以及事后控制。對于燃燒前的控制方式，其具有造價成本高的特點，因此，很少應(yīng)用于實際燃燒電站的控制。燃燒過程中的控制是指，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝與燃燒方式，來降低NOx的生成量。這里的燃燒方式改進(jìn)是指，低NOx的燃燒技術(shù)。該技術(shù)雖然使用造價低，但在爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)方面存在局限，無法達(dá)到控制NOx的預(yù)期效果。就目前的市場環(huán)境來看，新建的大型火力發(fā)電機(jī)組大多采用SCR方法，即將氨類還原劑噴入煙氣，以利用催化劑將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為H2O和N2。然而，生產(chǎn)建設(shè)的可持續(xù)需求不斷增加，SCR法的應(yīng)用不僅要保證煙氣排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)增強脫硝系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及連續(xù)性。為此，研究人員應(yīng)在明確燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)基本運行原理的情況下，對自動控制的安全可靠性進(jìn)行優(yōu)化，以實現(xiàn)所處行業(yè)發(fā)展建設(shè)的可持續(xù)性目標(biāo)[1]。

2 燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制的基本原理

某燃煤電站應(yīng)用的SCR脫硝系統(tǒng)還原劑為，99.5%純度的液氨。實際設(shè)計大多采用一用一備兩套蒸發(fā)系統(tǒng)、儲存與卸氨系統(tǒng)。而氨液制備區(qū)的系統(tǒng)組成為：液氨儲罐、卸氨壓縮機(jī)、氨氣緩沖罐以及氨氣吸收槽等。由于脫硝裝置反應(yīng)器與煙道處在鍋爐省煤器后空預(yù)器前，因此，氨噴格柵應(yīng)設(shè)置在SCR反應(yīng)器的上游位置。對于鍋爐的出口位置，脫硝反應(yīng)器能夠?qū)煔饩譃閮陕?，且每路煙氣以并行狀態(tài)進(jìn)入一個垂直布置的SCR反應(yīng)器內(nèi)部。此運行過程，每臺鍋爐應(yīng)配備兩個反應(yīng)器，以使反應(yīng)器內(nèi)部的煙氣能夠向下流至催化劑層、均流板，隨后流入回轉(zhuǎn)式的空氣預(yù)熱器與經(jīng)典除塵器中[2]。如此，就可通過煙囪排入大氣環(huán)境。

上述系統(tǒng)運行主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

由此可以看出，燃煤電站運行產(chǎn)生的煙氣NOx是由NO與NO2組成的，經(jīng)統(tǒng)計分析，前者約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%。由此可以看出，脫硝反應(yīng)的主要反應(yīng)方程式為：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O，其特性主要體現(xiàn)在三個方面：①NH3與NO的反應(yīng)摩爾比接近1；②反應(yīng)環(huán)境溫度在300～400℃以內(nèi)；③O2需要參與到脫硝反應(yīng)中。

3 優(yōu)化燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制策略

要想實現(xiàn)燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制目標(biāo)，需將氨氣流量作為重點優(yōu)化對象[3]。

脫硝系統(tǒng)運行控制環(huán)境中，氨氣流量控制大多采用基本控制方式，即固定摩爾比控制。該控制是在脫硝效率與催化劑脫硝能力保證的情況下實現(xiàn)的，系統(tǒng)能夠按照固定氨氮摩爾比進(jìn)行煙氣中NOx的脫除處理。具體的控制過程，先要設(shè)定值可調(diào)的單回路控制系統(tǒng)，以使系統(tǒng)回路起到易于整定與調(diào)試的作用。但在經(jīng)濟(jì)方面，因存在過度脫氮問題，所以，會增加燃煤電站運行控制的造價成本。如，氨氣流量的計算，可通過溫度與壓力進(jìn)行密度修正，并將計算結(jié)果作為單回路PID控制的測量值。此過程，氨氮的摩爾比，可通過手動設(shè)定，或是結(jié)合給定的脫硝效率進(jìn)行計算確定。這里的氨氣流量設(shè)定值，應(yīng)采用以下方式進(jìn)行計算：①NOx=總煙氣量×SCR入口NOx濃度；②NH3=NOx×氨氮摩爾比。

此外，基本控制方式運用過程中的函數(shù)發(fā)生器，可通過進(jìn)入爐膛的空氣量，來計算煙氣的流量與NOx的含量。此過程，函數(shù)發(fā)生器主要用于煙氣分析儀故障狀態(tài)下，保證脫硝系統(tǒng)運行的連續(xù)性。與此同時，該控制方式在燃煤電站中的運用，可引入煙氣流量，作為系統(tǒng)的前饋信號，進(jìn)而為調(diào)節(jié)變負(fù)荷系統(tǒng)運行提供條件[4]。

為提升基礎(chǔ)控制方式運用的經(jīng)濟(jì)性，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)火電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，對不同時段的發(fā)電鍋爐與燃?xì)廨啓C(jī)組氮氧化物排放濃度進(jìn)行限值控制。如此，就可在控制好脫硝系統(tǒng)出口NOx的濃度情況下，達(dá)到預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)。此控制方式的優(yōu)化，不僅能夠降低氨氣的用量，還能有效控制脫硝的運行控制成本，被業(yè)內(nèi)人士稱為固定出口NOx含量控制方式。當(dāng)此控制方式作用于實踐，不僅能夠按照預(yù)期目標(biāo)脫除NOx，還能將脫除的NOx濃度設(shè)定一個值。由于控制方式使用邏輯較為復(fù)雜，因此，系統(tǒng)運行的調(diào)試與整定非常困難。

燃煤電站的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的整個控制回路，是由兩方面組成，即基本控制回路與輔助控制回路。前者的噴氨自動控制模式與固定摩爾比方法相似，差異在于氨氮摩爾的設(shè)定值計算，即固定摩爾比的氨氮摩爾比是一個定制。而運用基本控制回路方式進(jìn)行氨氮摩爾比控制，則是一個變化的值。該回路控制因引入了反應(yīng)器出口NOx濃度，所以，能夠氨氣流量經(jīng)溫度與壓力的密度修正后對回路的測量值進(jìn)行優(yōu)化控制。這里的氨氮摩爾比是指，脫硝效率函數(shù)。燃煤電站的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行控制效率，可通過計算反應(yīng)器出口的NOx含量與給定的反應(yīng)器出口NOx含量進(jìn)行獲取。如此，就可清晰燃煤電站SCR煙氣脫硝系統(tǒng)控制回路中氨氮摩爾比與脫硝效率之間的關(guān)系。

經(jīng)過上述控制方法優(yōu)化的脫硝噴氨自動控制，與固定摩爾比相同，同樣引入鍋爐負(fù)荷或機(jī)組負(fù)荷作為前饋信號。但實踐運用后，不僅增強了變負(fù)荷系統(tǒng)調(diào)節(jié)的及時性，還彌補反應(yīng)器和煙氣分析儀的時滯局限問題[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制，需從經(jīng)濟(jì)成本角度出發(fā)，即在明確SCR煙氣脫硝噴氨自動控制運用基本原理的情況下，對現(xiàn)有的基本控制方式進(jìn)行優(yōu)化。即采用固定摩爾比設(shè)定值的計算方法，來控制反應(yīng)器中的NOx濃度。事實證明，只有這樣，才能將燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制效果充分發(fā)揮出來，進(jìn)而強化行業(yè)發(fā)展的質(zhì)量效果。故而，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果更多地作用于各類燃煤電站的煙氣脫硝生產(chǎn)過程當(dāng)中，進(jìn)而服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。如此，人們就可在良好的氣候環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[5]毛奕升.煙氣脫硝噴氨自動控制回路的優(yōu)化[J].華電技術(shù)，2014，36（08）：65～67.

收稿日期：2018-6-21

作者簡介：熊 ?。?985-），男，助理工程師，本科，主要從事火電廠煙氣脫硝定制化技術(shù)方面工作。