火力發電廠脫硝自動控制系統的優化與改進

(華電宜賓分公司熱工專業公司，四川 宜賓 644000)

0 引 言

主要介紹了火力發電廠脫硝系統中直接影響到脫硝效果的供氨調節門由于自動控制系統不適合現場工況，導致脫硝自動控制系統波動大，正常運行中自動無法投入。通過對現場自動控制系統和DCS系統組態的分析和優化。提高自動投入率，確保脫硝自動系統正常投入，NOX排放物達標排放要求。

1 故障現象

某2×600 MW火電廠脫硝系統采用催化還原法脫硝(SCR)工藝進行脫硝工作。脫硝裝置布置于省煤器之后，液氨作為還原劑，經過蒸汽水浴加熱蒸發成氨氣，再經稀釋風稀釋后，在催化劑作用下，將氮氧化物在一定溫度條件(設計為330 ℃～420 ℃)下還原為無害的氮氣和水。從系統構造來看，影響脫硝效果好壞的一個重要因素就是還原劑氨氣噴入脫硝反應器的多少直接決定著脫硝系統的工作效果。如果噴入氨氣過少，會出現氮氧化物超排，如果噴入氨氣過多，會導致液氨的浪費。根據環保局的要求結合該廠的具體情況要求運行人員通過控制液氨調節門的開度控制脫硝后NOX含量在80～130 mg/nm3之內。運行人員將供氨調節門投入自動后長期出現調門波動大，自動經常退出，NOX含量長期超排或液氨噴入過多的現象，嚴重影響脫硝系統的正常運行，增大運行人員的工作量。

2 原因分析

為了找出對液氨調節門不能自動正常投運的原因，分別從系統和DCS組態上進行查找，找出問題并針對問題一一解決。

(1)通過對DCS系統中氨氣流量控制閥PID控制模塊組態的分析發現，組態系統中的控制對象過程值為機組脫硝后的脫硝效率即(脫硝前煙氣NOX含量-脫硝后煙氣NOX含量)÷脫硝前煙氣NOX含量×100。而運行人員在實際運行操作中根據相關要求主要是控制脫硝后煙氣NOX含量在80～130 mg/nm3范圍內運行，控制對象脫硝效率和脫硝后煙氣NOX含量有關但不能直接及時反應脫硝后煙氣NOX含量的變化情況，控制目標含糊導致自動控制系統不能達到預期控制效果，這是導致自動長期不能投運的主要原因。

(2)從系統上看，分別調取液氨調節門指令和反饋曲線，液氨流量和液氨調節門閥位反饋曲線進行分析，發現液氨調節門反應遲緩，死區大，最大時達到6%。對液氨流量和液氨調節門閥位反饋曲線分析發現液氨流量對調節門閥位反饋曲線跟蹤的不好。這是造成脫硝自動投入效果不理想的原因之一。

(3)現場使用的煙氣分析儀表為北京雪迪龍生產的SCS-900型煙氣排放連續監測系統，為了防止伴熱取樣管路堵塞該系統設置為每5 min系統自動反吹一次，每15 min系統自動標定一次，在系統自動反吹和標定期間，其NOX測量值鎖定為反吹和標定前NOX測量值。由于反吹和標定的頻率高、時間長會導致自動調節系統在測量值鎖定期間出現過調情況，反吹和標定完成后，系統又會花較長時間進行回調，致使調節系統大范圍波動，影響系統的穩定性。這是導致自動長期不能投運的主要原因。

3 處理對策

針對以上3條導致脫硝系統中供氨調節門不能投入自動運行的原因，逐一進行分析，并根據該系統實際情況進行解決處理。

(1)針對當前自動控制PID模塊控制對象為脫硝效率，而在實際運行操作中又是以脫硝后NOX含量作為考核指標，雖然脫硝效率和脫硝后NOX含量有一定關聯，但由于控制目標的不準確，導致自動投入后效果差。根據這一情況，利用機組停機機會對DCS中自動模塊目標值(即PV值)進行修改，將原來的脫硝效率改為NOX含量測量值，實現自動控制目標值即為運行人員考核目標，方便運行人員操作和控制。如圖1所示。

(2)針對系統中供氨調節門死區偏大，閥門開度和液氨流量曲線跟蹤不好的問題。通過現場檢查，該系統中供氨調節門為美國進口Limitorque電動執行器，該執行器的死區可以從1%～50%任意選擇，執行器默認值為2%。根據以上情況進入執行器系統設置菜單后將死區由2%修改為1%，以增強閥門對DCS指令響應的靈敏度。同時從系統上檢查，在供氨調節門前設置有一過濾器，由于長期使用液氨過濾器可能存在堵塞情況。過濾器是影響液氨流量曲線跟蹤液氨調節門開度曲線不好的重要原因，利用停爐機會對過濾器進行清洗或更換。

(3)現場在線煙氣監測儀表CEMS所具有的自動維護功能(定時自動反吹和定時自動標定)是導致該系統自動投入不理想的最大因素，對自動控制系統的擾動也最大，對自動調節要求也更高，如果這個問題解決不好，很有可能導致自動控制系統徹底崩潰，在不增加新的投入的情況下，利用現有設備只有在DCS組態邏輯上進行考慮，當DCS系統檢測到CEMS儀表在自我維護(反吹、標定、故障)等測量輸出值不是煙氣NOX含量真實值的情況下自動控制系統、自動停止系統調節功能，將供氨調節閥門開度維持在在線監測儀表自我維護之前的開度，當在線監測儀表自我維護完成后自動調節系統再開放調節功能進行自動調節，盡量減少在線監測儀表CEMS自我維護過程中煙氣NOX測量值輸出自動鎖定導致的擾動對自動控制系統的影響。如圖1所示。

圖1中MOXPODII模塊為DCS中自動調節PID模塊。CFK34XB104為分析儀校準狀態，CFK34XB101為分析儀故障狀態，CFK34XB106為分析儀反吹狀態。當3個狀態中任何一個發出通過一個OR模塊進行判斷。ST_SEL模塊為選擇開關，當S1為1時VAL2為輸出值即HSJ12AA100_SP(設定值)為輸出值，此時MOXPODII模塊設定值RSP和測量值PV相同，MOXPODII模塊不進行調節。當S1為0時，ST_SEL模塊VAL1即HSA20CQ103(分析儀NOX測量值)為輸出值，MOXPODII模塊根據設定值和測量值偏差進行自動調節。

圖1 現場煙氣監控制模塊圖

4 總 結

通過以上幾條措施的執行，脫硝供氨調節門自動運行投入率大大提高，在不對系統進行大的改動下，自動系統穩定性和可靠性得到了很大的提升。當然，如果要徹底避免CEMS在線監測儀表自我維護功能對自動控制系統的影響，建議應多增加一臺脫硝出口CEMS在線監測儀表，DCS組態中對兩臺CEMS測量的NOX值進行分析判斷，當兩臺儀表均正常工作時，NOX值取兩臺儀表測量的平均值，當一臺進行自我維護時，NOX值取正常工作儀表值，這樣將更進一步提高該自動控制系統的可靠性和穩定性。

5 結束語

隨著國家對環保要求的提高以及兩部委《燃煤發電機組環保電價及環保設施運行監管辦法》的實施，火力發電廠對環保系統和環保設備的穩定可靠運行提出了更高的要求，前面以600 MW火力發電廠脫硝自動控制系統的優化與改進為例，詳細分析了在火力發電廠中影響脫硝自動控制系統正常運行的各類因素以及解決處理辦法，為同類型的問題提供了一個成功的案例。

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