火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

郭 維

（國家能源集團花園電廠，新疆 哈密 839000）

0 引言

氣態(tài)氮氧化物是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的一種污染物，在排放過程中遇高溫則發(fā)生反應，并產(chǎn)生光化學煙霧和酸雨。這不僅會對空氣造成嚴重的污染，同時還會帶來嚴重的經(jīng)濟損失。而脫硝技術(shù)則是運用脫氮技術(shù)、氮燃燒技術(shù)以及煙氣脫硝技術(shù)，對氮氧化物進行處理，以此來降低氮氧化物的排放量，改善了空氣污染情況，同時提高了火力發(fā)電廠的運行效率。

1 脫硝的工藝流程及特點

目前使用的火電脫硝技術(shù)主要分為2 種，一種是非催化還原技術(shù)，另一種是SCR 技術(shù)，而脫硝處理工藝是治理和減少污染物的一種有效方式。對其燃燒過程進行劃分，可以分為燃燒前脫硝階段、燃燒中脫銷階段和燃燒后處理階段。首先，燃燒前的脫氮技術(shù)運用的方法是提純，重點將氮元素轉(zhuǎn)化為化學反應之外的元素，不參與反應，用科學的手段降低氮排放量，實現(xiàn)凈排放。其次，燃燒中的氮氧化物處理方法運用的是分級、貧氧和煙氣再循環(huán)等技術(shù)，主要目的是降低該污染物的生成，最后對排放前的廢氣進行處理。

其中，我們以SCR 尿素脫硝工藝為例，具體分析其工藝流程和特點。SCR 脫硝工藝主要包括2 種方法，一種是熱解法，另一種是水解法[1]。熱解法是通過對氣態(tài)氮氧化物進行加熱和霧化，得到固態(tài)或液態(tài)的尿素，而在加熱過程中純尿素會產(chǎn)生大量氨氣，為SCR 尿素脫硝技術(shù)提供動力。水解法是以水溶解的方法對尿素進行液態(tài)方式的分離。而火力發(fā)電廠一般使用的是熱解法，這種方法和水解法的區(qū)別在于其不會產(chǎn)生聚合物，從而減少了工藝流程和步驟，同時降低了運行成本。

1.1 脫銷的工藝流程分析

下面以火力發(fā)電廠普遍運用的尿素熱解法為例，對其工藝流程進行分析。所謂熱解法就是通過對尿素的加熱分解和分層次吸收、反應等，降低氮氧化物的排放量。如運用除鹽水固體尿素進行溶解，從而得到質(zhì)量分數(shù)為50%的液態(tài)尿素，并通過混合泵將其傳送到中期運行和反應階層，使用給料泵和分配裝置，以及質(zhì)量檢測和霧化設備，對稀釋過的空氣進行加熱，并與所得到的液態(tài)尿素進行融合，從而對液態(tài)尿素進行分解，產(chǎn)生氨氣和二氧化碳，通過氨氣的提煉、分離和噴射，使其與氣態(tài)的氮氧化物進行反應，最終降低氮氧化物的排放量，減少氣體中氮的含量，實現(xiàn)火力發(fā)電廠自動脫銷的目的。

1.2 脫銷工藝的特點

對于SCR 尿素熱解法脫硝工藝來說，主要是使氮氧化物與氨氣進行反應，從而降低氮的含量。該工藝流程和運行過程不會產(chǎn)生聚合物，同時操作便捷，能夠突出自動化控制系統(tǒng)的作用，整個流程耗時較短，資源耗費程度不高，同時各設備的密封性良好，降低了工藝流程當中氨泄漏的風險[2]。此外，尿素熱解法脫銷工藝流程中，機組負荷反應力和靈敏度較強，能夠促進整個流程的運作，綜合以上工藝特點，可以知道尿素熱解法脫硝工藝具有較強的安全性與實用性。

2 火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)中存在的問題

在SCR 脫硝自動控制系統(tǒng)的運行過程中，也必然存在一定的問題和不足之處。而其中影響脫硝自動控制體系構(gòu)建和運行的因素涉及多個層面，主要體現(xiàn)在內(nèi)在因素和外在因素2 個層面。

2.1 外在因素

外在因素包括測量儀表故障、操作人員技術(shù)水平不高、操作不規(guī)范，以及鍋爐系統(tǒng)、設備等問題。例如測量儀表主要分為3 個部分。1）入口處的氮氧化物濃度檢測儀。2）出口處的氮氧化物濃度檢測儀，氨氣排量及相關(guān)測量系統(tǒng)。3）出口與入口的氮氧化物濃度差異檢測儀表等。如果其中的任意測量儀表出現(xiàn)故障，則會直接影響火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的良好運行。

2.2 內(nèi)在因素

內(nèi)在因素主要是指火力發(fā)電廠脫硝控制的方法，如SCR尿素脫硝工藝流程運行過程中，出口處的氮氧化物濃度與入口處氮氧化物濃度的相符性和差異。再如固定摩爾比，將氨氮摩爾比設為固定值，并通過與測量入口的氮氧化物濃度和煙氣流量的對比，結(jié)合氮氧化物的實際濃度計算出反應所需的氨氣量，通過相應的措施控制和調(diào)整閥門，實現(xiàn)固定量氨氣的流通。

SCR 脫硝自動控制方法在實際運行的過程中也存在一些類似的問題。下面舉2 個例子進行說明。1）控制方法整體設計不完善，工藝流程的實施與運作缺乏精細化管理，同時總體方案規(guī)劃也存在不規(guī)范性，如果操作過程中發(fā)生突發(fā)情況并存在不可控風險因素，那么就會影響操作方法的良好運行，對相應對象的控制效果就會不明顯。2）SCR 像素熱解法脫硝方式只是針對入口處的氮氧化物濃度進行檢測，并計算氨氣的供應量和需求量，通過調(diào)節(jié)和控制實際的氨氣流量，來降低污染物氣態(tài)氮含量。整個過程忽略了對煙囪入口處的氮氧化物濃度的控制和調(diào)節(jié)，這樣不僅提高了控制方法的操作難度，增加了資源耗費量，同時還偏離了環(huán)保考核的目標。

3 火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化措施

環(huán)保局對火力發(fā)電廠脫銷后的氮氧化物含量的控制范圍和標準設定為脫硝后NOx的含量在50 mg/Nm3～90 mg/Nm3，而脫銷效率以及脫銷后的氮氧化含量，從概念的角度來講存在差異性。如公式（1）所示，脫銷效率的計算法方法主要是與脫銷前含量進行對比。

所以這就導致火力發(fā)電廠對脫銷自動控制系統(tǒng)的設置出現(xiàn)紕漏，自動控制系統(tǒng)運行效率與實際預期有較大差異，進而導致無法達到脫銷標準?；诖耍覀儜斎婵剂棵撲N自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施，并具體問題具體分析，找出科學、合理的解決方法，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高脫銷效率，促進火力發(fā)電廠的良好運營與發(fā)展。

3.1 機組停機重置參數(shù)值

通過以上對脫硝自動控制系統(tǒng)中控制對象的原設定參數(shù)，以及實際運行參數(shù)的比值存在差異性的問題進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，我們應當從控制對象入手，將原定脫硝效率的比值范圍，轉(zhuǎn)變?yōu)镹Ox的含量。通過技術(shù)停機對相關(guān)參數(shù)進行重新設置，并嚴格參考環(huán)保局對火力發(fā)電廠脫硝效率的要求，使脫硝工藝流程運行過程中的實際考核參數(shù)與原定參數(shù)相符。這樣既可以全面優(yōu)化脫硝自動控制系統(tǒng)，同時也可以提高對組態(tài)控制對象的控制效率。

3.2 調(diào)整供氨調(diào)節(jié)閥門，優(yōu)化脫銷自動控制系統(tǒng)

對于氨氣流通調(diào)節(jié)閥門的設定來說，首先應當解決脫硝系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的閥門死區(qū)偏大的問題，例如LIMITORQUE 電動執(zhí)行器可以將其死區(qū)范圍調(diào)整為1%～5%，默認值設定為2%。那么為了避免調(diào)節(jié)閥門死區(qū)偏大，應當以默認值2%為標準，將其降低為1%，從根本上提高氨氣流量調(diào)節(jié)閥門的靈敏度和反應效率。此外，由于氨氣調(diào)節(jié)閥門與過濾器有著直接的聯(lián)系，所以應當在脫硝自動控制系統(tǒng)運行過程中及時清理過濾器，以此來保證氨氣調(diào)節(jié)閥門的運行速率。另外，在對氨氣流量進行調(diào)節(jié)和控制的過程中，應當全面重視入口和出口處的氮氧化物的濃度參數(shù)，通過增加出口處的氮氧化物濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對整體控制算法進行全面調(diào)整與匹配，同時契合機組指令，降低出入口的氮氧化物濃度差異，并及時計算出氨氣的需求量，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥門的有序運行。

3.3 加強現(xiàn)場煙氣監(jiān)測儀的自動維護功能

火力發(fā)電廠在運行脫硝自動控制系統(tǒng)時，很容易出現(xiàn)多方系統(tǒng)不協(xié)調(diào)和不匹配的狀況，從而導致脫硝工藝流程運行不暢。針對這一問題，我們要重點考慮煙氣監(jiān)測區(qū)域和自動控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性和匹配性。而想要對兩者進行集成，勢必會增加成本，同時也會導致停機時間較長，因此，從根本上來講，該方法不具備較強的實用性和可行性。我們可以考慮DCS 組態(tài)邏輯功能。具體的實施方法是在煙氣監(jiān)測儀處于自我維護狀態(tài)時，DCS 系統(tǒng)會及時感應并上報輸出的數(shù)據(jù)，而輸出的NOx存在不真實性，因此，脫硝自動控制系統(tǒng)要停止相應的調(diào)節(jié)功能，并將煙氣監(jiān)測儀表與氨氣供應調(diào)節(jié)閥門進行融合，之后重新設置閥門開度。這樣在實際運行過程中，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)就會根據(jù)監(jiān)測儀表呈現(xiàn)出的自我維護狀態(tài)，將調(diào)節(jié)系統(tǒng)設置為開啟。這樣一方面降低了監(jiān)測儀表狀態(tài)轉(zhuǎn)變對火力發(fā)電廠脫銷自動控制系統(tǒng)的影響。另一方面也提高了脫硝自動控制系統(tǒng)的運行效率。

3.4 現(xiàn)場設備的故障處理與改進方法

在火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)運行過程中，必然會存在設備故障問題，因此，我們應當從以下2 個方面進行優(yōu)化與改進。1）改進氮氧化物的測量系統(tǒng)，通過安裝精濾和除濕等裝備，降低其他元素對氮氧化物分析檢測系統(tǒng)的影響。2）優(yōu)化吹掃系統(tǒng)，因為原有數(shù)據(jù)在吹掃過程中會發(fā)生改變，所以應當對系統(tǒng)程序進行修改和調(diào)整，確保測量參數(shù)數(shù)據(jù)的有效性和真實性。

4 結(jié)論

綜上所述，脫銷自動控制系統(tǒng)是火力發(fā)電廠正常運營與發(fā)展的關(guān)鍵，是對火力發(fā)電廠產(chǎn)生的氮氧化物進行處理的一種系統(tǒng)，其不僅要滿足我國環(huán)境保護政策的需求，同時還要降低火力發(fā)電廠的運營成本，提高脫硝自動控制水平，控制氮氧化物的排放量，降低液氨的消耗量，為環(huán)境保護和火力發(fā)電廠的高速運營提供保證。因此，火力發(fā)電廠要認識到脫硝自動控制系統(tǒng)的重要性，深入探究其中存在的問題和影響因素，并采取針對性和有效性措施，將脫硝技術(shù)落實到實處，從根本上降低氮氧化物的排放量，實現(xiàn)火力發(fā)電廠的綠色發(fā)展。