智能脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

趙 毅

(山西興新安全生產(chǎn)技術服務有限公司,山西 太原 030000)

引 言

選擇性催化還原技術是利用氨為催化原材料對煙氣中的氮化物進行置換，降低廢氣中的污染物數(shù)量、減少環(huán)境污染的一種常用方法。由于排煙系統(tǒng)內的煙氣含量會隨著機組負荷的變化而變動，因此常規(guī)控制系統(tǒng)中，通常采用按最大煙氣排放量為基準進行噴氨，氨噴出時的擴散面積不足，導致系統(tǒng)脫硝效率低、成本高、氨逃逸率高，無法滿足新形勢下脫硝經(jīng)濟性和脫硝率的要求。

針對現(xiàn)有脫硝控制系統(tǒng)的不足，在對煙氣排放變化規(guī)律進行分析的基礎上，提出了一種新的智能脫硝控制系統(tǒng)，通過利用分區(qū)、分段、多次噴氨的方式提升催化劑和氮化物的接觸效果，通過多點均衡控制模式控制系統(tǒng)總的噴氨量，在提升催化效率的情況下降低噴氨的總量。根據(jù)實際應用表明新的控制系統(tǒng)能夠將脫硝過程中的噴氨量降低7.8%，將出口處氮化物的濃度降低了13.1%，對提升排煙系統(tǒng)的凈化效果和脫硝經(jīng)濟性具有十分重要的意義。

1 智能脫硝控制原理

以電廠300 MW鍋爐發(fā)電機組為例，其排煙系統(tǒng)中氮化物的最大質量濃度約為440 mg/m3，煙氣在煙道內流動時存在一定紊流，流場穩(wěn)定性較差，煙氣中氮化物的分布不均勻，最大濃度場偏差約為37%，系統(tǒng)脫硝率約為67%，氨逃逸率約為4.1 mg/m3。通過對整個脫硝過程的分析，發(fā)現(xiàn)脫硝控制系統(tǒng)采用的是定量噴氨模式，一次噴出的液氨量大、分散度低，導致無法和煙氣中的氮元素充分接觸，因此無法發(fā)揮最大的催化效率，同時還造成了氨的逃逸率過高。

因此本文提出的智能脫硝控制系統(tǒng)，采用了閉環(huán)調節(jié)控制的邏輯，在排煙系統(tǒng)內增加氮化物含量高精度監(jiān)測系統(tǒng)，將監(jiān)測結果反饋給噴氨控制器，控制器根據(jù)反饋的氮化物的含量和分布自動計算最佳噴氨量和噴霧壓力。

系統(tǒng)采用了多層分布、逐級噴灑脫硝的控制模式[1]，根據(jù)排煙總量，在煙道內設置3～5處液氨噴灑點，通過逐級分解、逐層噴灑的方式來確保脫硝率。為了保證定量液氨噴灑量的準確性，系統(tǒng)通過第一級監(jiān)測到的廢氣內的氮化物含量來確定該體積含量的廢氣脫硝所使用的的液氨量，為了確保脫硝的徹底性，實際脫硝量的設置應乘以1.1的損耗系數(shù)，避免液氨不足導致的脫硝率低下。確定總的液氨消耗量后，智能脫硝控制系統(tǒng)對每次噴灑量進行設定，保證總消耗量的一致性。

2 智能噴氨控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的控制核心，在于智能噴氨控制系統(tǒng)，在工作過程中能否準確的根據(jù)監(jiān)測結果合理的設置噴氨總量并合理分布每次噴氨的量。因此智能噴氨控制系統(tǒng)中，設置了大數(shù)據(jù)分析模塊和外置的智能控制裝置，以大數(shù)據(jù)分析為支撐，為智能噴氨控制裝置的執(zhí)行提供精確的數(shù)據(jù)支撐。智能噴氨控制系統(tǒng)邏輯，如第131頁圖1所示。圖中DCS表示分散控制系統(tǒng)[2]。

圖1 智能噴氨控制邏輯示意圖

該智能控制系統(tǒng)中，其精確控制的核心在于在線神經(jīng)網(wǎng)絡預測邏輯，根據(jù)煙道入口處的煙氣分布，對后續(xù)的煙氣擴散狀態(tài)、氮化物分布狀態(tài)等進行智能預測，為精確噴氨通過可靠的前端數(shù)據(jù)支撐，解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)無法準確預測氮化物分布，無法進行精確噴氨控制的難題。

為了保證在線神經(jīng)網(wǎng)絡預測的準確性，在監(jiān)測單元內，設置了內置燃燒氮化物質量濃度監(jiān)測模塊[3]，通過燃燒機理來對入口處的氮化物濃度狀態(tài)進行精確監(jiān)測，提升神經(jīng)網(wǎng)絡預測的準確性，也解決了傳統(tǒng)濃度監(jiān)測傳感器監(jiān)測結果偏差大、滯后性大的不足。該神經(jīng)網(wǎng)絡預測結果對比，如圖2所示。其預測結果和實際數(shù)值相比，準確率高達99.1%，完全滿足對廢氣內氮化物濃度精確預測的需求。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡預測與實際值對比結果

3 逐級噴氨控制

由于廢氣在煙道內流動時存在著較大的不穩(wěn)定性，導致在同一個截面上氮化物的分布存在極大的不均勻性，降低了催化劑和氮化物的接觸面積，影響催化反應的效率。因此提出了在煙道內液氨噴灑面上增加噴氨格柵分區(qū)控制技術[4]。對噴氨系統(tǒng)內的噴氨管道進行分段，在各個分段內增加調控閥門和監(jiān)測裝置，煙氣在通過格柵后，其氣流相對穩(wěn)定，在同一截面上的氮化物的分布也相對均衡，此時監(jiān)測裝置將該截面上的監(jiān)測結果反饋給分散控制系統(tǒng)中年的噴氨控制模塊，自動選定噴氨量和噴氨壓力，使催化劑和氮化物充分結合，提高催化反應效率，也降低了反應式氨的逃逸率。

在該噴氨控制系統(tǒng)中，噴氨總量控制單元和噴氨分區(qū)控制單元進行一體化控制，以噴氨總量控制為核心，根據(jù)分段內氨氣的的監(jiān)測情況，靈活的調整噴氨量，系統(tǒng)優(yōu)化了噴氨調節(jié)量，同時設置了連鎖控制裝置，使二者聯(lián)動控制，滿足控制精確性的需求。

4 應用效果分析

為了對優(yōu)化前后的效果進行對比，在煙道出口處設置氮化物濃度監(jiān)測裝置，對優(yōu)化前后的狀態(tài)進行對比，結果如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后氮化物濃度對比

由圖3可知，改造前出口處氮化物的平均質量濃度為47.6%，其排放不均勻度約為36.7%，改造后出口處氮化物的平均質量濃度為41.4%，比優(yōu)化前降低了13.1%。其排放不均勻度約為8.3%，比優(yōu)化前降低了77.4%，顯著的提升了脫硝的效率效率和一致性，同時在整個過程中的噴氨量降低了約7.8%，進一步提升了脫硝的經(jīng)濟性。

5 結論

針對傳統(tǒng)脫硝控制系統(tǒng)無法精確控制脫硝過程中噴氨量，導致脫硝效率低、成本高、氨逃逸率高的不足，提出了一種新的智能脫硝控制系統(tǒng)，通過對噴氨量的精確控制，實現(xiàn)了脫硝效率和經(jīng)濟性的提升，根據(jù)實際應用表明：

1)智能脫硝控制系統(tǒng)，采用了多層分布、逐級噴灑脫硝的控制模式，確定總的液氨消耗量后，系統(tǒng)對每次噴灑量進行設定，保證總消耗量的一致性。

2)智能噴氨控制系統(tǒng)中，設置了大數(shù)據(jù)分析模塊和外置的智能控制裝置，以大數(shù)據(jù)分析為支撐，為智能噴氨控制裝置的執(zhí)行提供精確的數(shù)據(jù)支撐，確保噴灑的精確性。

3)新的控制系統(tǒng)能夠將脫硝過程中的噴氨量降低7.8%，將出口處氮化物的濃度降低了13.1%，對提升排煙系統(tǒng)的凈化效果和脫硝經(jīng)濟性具有十分重要的意義。