火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)探討

呂巍　劉洋

摘要：文章闡述了SCR尿素脫硝工藝的流程與特點及火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)的重要性，分析了火力發(fā)電廠脫硝自動控制中存在的問題，從脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化、現(xiàn)場設(shè)備的故障處理與改進(jìn)和確保脫硝自動控制系統(tǒng)正常運行的措施入手，探討了火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)方法及其在火力發(fā)電廠脫硝控制中取得的成效。

關(guān)鍵詞：脫硝自動控制系統(tǒng)；SCR尿素脫硝工藝；系統(tǒng)優(yōu)化；系統(tǒng)改進(jìn)；設(shè)備故障 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X773 文章編號：1009-2374（2016）05-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.016

在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)運營中，不可避免會產(chǎn)生很多的氮氧化物。如果處理不當(dāng)，會對大氣造成嚴(yán)重污染，引發(fā)酸雨和酸霧等問題，并且破壞大氣的臭氧層?；鹆Πl(fā)電廠主要利用脫硝自動控制系統(tǒng)處理氮氧化物，如SCR脫硝系統(tǒng)，如果系統(tǒng)操作人員不能及時處理因機(jī)組負(fù)荷變化等造成的影響，將會使脫硝后的氮氧化物排放超標(biāo)，增加消耗的液氨量及運行成本。因此，探討火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，對避免造成環(huán)境污染、降低火力發(fā)電廠的運行成本非常重要。

1 SCR尿素脫硝工藝的流程與特點

SCR尿素脫硝工藝采用水解法或者熱解法，前者是將尿素以水溶液形式進(jìn)行分解，后者是加熱霧化后的尿素溶液，得到固態(tài)或者熔化態(tài)的尿素，純尿素在加熱條件下分解后為SCR提供氨氣。熱解法相對優(yōu)越，不會產(chǎn)生聚合物，應(yīng)用也更為廣泛。

1.1 SCR尿素脫硝工藝的流程

尿素?zé)峤夥撓豕に囈阅蛩貫槲談?，工藝流程是將尿素輸送到溶解罐中，用除鹽水將固體尿素溶解為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的尿素溶液，然后經(jīng)過混合泵輸送到尿素溶液儲罐，經(jīng)過給料泵、計量及分配裝置和霧化噴嘴等進(jìn)入到絕熱分解室，與加熱的稀釋空氣充分混合，霧化后的尿素液滴在絕熱分解室分解生成氨氣與二氧化碳，經(jīng)過氨噴射系統(tǒng)，將得到的氨氣與煙氣進(jìn)行混合，氨氣和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而減少煙氣中氮氧化物的含量，最終實現(xiàn)煙氣脫硝的目的。

1.2 SCR尿素脫硝工藝的特點

尿素?zé)峤夥ㄖ瓢泵撓豕に嚥僮骱唵?，不需要很多的人力與維護(hù)，并且跟蹤機(jī)組負(fù)荷變化能力強(qiáng)，響應(yīng)的時間比較短，沒有高壓容器，也不會有中間聚合物的產(chǎn)生，不存在氨泄露問題，消除了可能存在的安全隱患，實用性與安全性大大增強(qiáng)。

2 脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)的重要性

很多火力發(fā)電廠希望利用物理原理，從設(shè)備結(jié)構(gòu)與運行方式等方面優(yōu)化脫硝系統(tǒng)，忽視了對脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，但是事實證明脫硝自動控制系統(tǒng)直接影響著火力發(fā)電廠的運行成本，其重要性不容忽視。

有資料表明，火力發(fā)電廠脫硝過程使用尿素的成本占脫硝運行總成本的一半以上，如果脫硝自動控制系統(tǒng)的運行不暢，很容易使火力發(fā)電廠氮氧化物的排放超標(biāo)。火力發(fā)電廠為了使氮氧化物排放符合國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，只有降低氮氧化物的平均濃度，不得不增加尿素的噴射量，造成火力發(fā)電廠的運行成本增加。因此，火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)不僅是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的有效措施，也是保證火力發(fā)電廠安全正常生產(chǎn)的根本途徑。

3 火力發(fā)電廠脫硝自動控制中存在的問題

3.1 影響火力發(fā)電廠脫硝自動控制的因素

依據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)的運行特性及設(shè)備性能特點，影響脫硝自動控制的因素主要包括：（1）測量儀表：SCR入口與出口、煙囪入口的氮氧化物分析儀、SCR出口的氨氣分析儀和測量系統(tǒng)等出現(xiàn)故障；（2）鍋爐系統(tǒng)：燃煤質(zhì)量差、機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障、燃燒情況較差和反應(yīng)催化劑已經(jīng)老化等；（3）人員問題：不熟悉脫硝工藝、故障處理不及時和監(jiān)管不負(fù)責(zé)任，沒有及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常等。

3.2 影響火力發(fā)電廠脫硝控制方式的問題

SCR脫硝的控制方式主要為兩種：（1）固定摩爾比，將定值設(shè)為脫硝效率或綜合氨氮的摩爾比，根據(jù)煙氣流量、氨氮的摩爾比和SCR入口的氮氧化物濃度等，求出氨氣的需求量，然后通過調(diào)節(jié)閥控制氨氣的實際流量；（2）固定SCR出口的氮氧化物濃度，以固定摩爾比的控制方式為基礎(chǔ)，將定值設(shè)為SCR出口的氮氧化物濃度，結(jié)合煙囪入口的氮氧化物濃度偏差，對氮氧的摩爾比進(jìn)行修正，最終實現(xiàn)控制SCR出口氮氧化物濃度的目的。兩種控制方式在實際運行中均存在如下問題：（1）沒有將煙囪入口的氮氧化物作為控制量，從而使氮氧化物控制目標(biāo)偏離了環(huán)?？己说哪繕?biāo)；（2）控制方式的設(shè)計比較簡單，對滯后被控對象控制效果不顯著；（3）控制系統(tǒng)只考慮了機(jī)組負(fù)荷和煙氣量的變化等和被控對象之間的靜態(tài)關(guān)系，不適應(yīng)煤種變化和機(jī)組負(fù)荷的指令變化等。

4 脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)方法

4.1 脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化

通過分析SCR脫硝自動控制系統(tǒng)運行環(huán)境、特性數(shù)學(xué)模擬和考核要求等，提出基于模糊控制、預(yù)測控制和自適應(yīng)控制的SCR脫硝自動控制的優(yōu)化與改進(jìn)解決方案，并利用PLC控制設(shè)施實現(xiàn)此優(yōu)化方案。優(yōu)化改進(jìn)后脫硝自動控制系統(tǒng)有如下優(yōu)勢：（1）以煙囪入口的氮氧化物濃度值為調(diào)節(jié)目標(biāo)，保持與環(huán)?？己说囊恢滦裕奖銠C(jī)組運行時進(jìn)行調(diào)整；（2）可以依據(jù)機(jī)組指令變化規(guī)律，實時預(yù)測氮氧化物濃度波動情況，對控制算法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證契合機(jī)組指令的變化相位相反，避免出現(xiàn)疊加震蕩等調(diào)節(jié)控制，降低氨氣的消耗量。

4.2 現(xiàn)場設(shè)備的故障處理與改進(jìn)

SCR脫硝自動控制系統(tǒng)中的各設(shè)備主要故障與改進(jìn)措施：（1）對SCR入口與出口的氮氧化物分析儀，其前端的取樣膠管容易出現(xiàn)破裂和損壞，從而使膠管出現(xiàn)漏氣情況，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。改進(jìn)措施是對優(yōu)化探頭前端的預(yù)處理部件，取消不必要的部件，可以有效消除故障；（2）改進(jìn)氮氧化物的測量系統(tǒng)，并在氮氧化物分析儀的機(jī)柜處安裝二級除濕與樣氣精濾等裝置，降低或者消除水和氧氣灰等對氮氧化物分析儀的影響；（3）原來氮氧化物的測量系統(tǒng)吹掃過程中，測量數(shù)據(jù)會發(fā)生突變，改進(jìn)措施是修改系統(tǒng)程序，保持測量系統(tǒng)吹掃數(shù)據(jù)，避免對脫硝自動控制系統(tǒng)造成不利影響。

4.3 確保脫硝自動控制系統(tǒng)正常運行的措施

4.3.1 注重檢修人員的技能培訓(xùn)。如果檢修人員對脫硝設(shè)備的性能和運行狀況不熟悉，沒有良好的環(huán)保意識，就無法妥善解決設(shè)備故障問題，從而影響脫硝自動控制系統(tǒng)的正常運行。因此，火力發(fā)電廠需要注重對檢修人員的技能培訓(xùn)。一方面，火力發(fā)電廠需要提高檢修人員的業(yè)務(wù)能力和技術(shù)水平，熟悉脫硝設(shè)備的性能及構(gòu)造，可以解決設(shè)備出現(xiàn)的各種故障，并定期對脫硝設(shè)備的運行狀況進(jìn)行檢修，做到防患于未然；另一方面，火力發(fā)電廠需要增強(qiáng)維修人員的環(huán)保理念，注重環(huán)保重要性的宣傳，幫助維修人員熟悉環(huán)?？己说母黜椫笜?biāo)與規(guī)則，確?；鹆Πl(fā)電廠的氮氧化物排放量符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.2 加強(qiáng)尿素區(qū)域的檢查。當(dāng)系統(tǒng)中所有閥門送氣、送電工作均已到位，應(yīng)加強(qiáng)尿素區(qū)域的檢查，尤其應(yīng)認(rèn)真檢查尿素溶解罐中尿素濃度。同時確保尿素溶液高度處于規(guī)定的范圍內(nèi)。另外，還應(yīng)重視尿素相關(guān)儀表工作狀態(tài)的檢查，確保其處于最佳的工作狀態(tài)，避免儀表反饋錯誤信息，影響系統(tǒng)的正常工作。

5 脫硝自動控制優(yōu)化及改進(jìn)取得的成效

5.1 有效控制氮氧化物濃度變化

當(dāng)脫硝為手動控制時，氮氧化物濃度的變化比較大，并且不容易恢復(fù)到設(shè)計要求的定值；當(dāng)脫硝自動控制優(yōu)化及改進(jìn)后，氮氧化物的濃度有效控制在設(shè)定值允許變化的范圍內(nèi)。

5.2 節(jié)約了氨氣的用量

火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化及改進(jìn)后，當(dāng)機(jī)組的燃煤品質(zhì)發(fā)生變化，使得脫硝入口處氮氧化物的濃度下降，自動控制系統(tǒng)可以立即關(guān)閉氨氣閥，降低了氨氣的用量。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，相同機(jī)組時，脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)后，氨氣用量可以降低20%左右。

5.3 降低了氮氧化物的排放量

在傳統(tǒng)脫硝控制方式中，煙囪入口處的氮氧化物排放濃度>250mg/Nm?，脫硝效率為45%；當(dāng)脫硝自動控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)后，氮氧化物的排放濃度為90mg/Nm?，脫硝效率為75%。

6 結(jié)語

總之，火力發(fā)電廠脫硝自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)不僅關(guān)系到火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而且關(guān)系到綠色社會的建設(shè)?；鹆Πl(fā)電廠只有認(rèn)真分析脫硝控制系統(tǒng)中存在的問題，并采取針對性的優(yōu)化與改進(jìn)措施，才能降低火力發(fā)電廠氮氧化物的排放量，為社會民眾創(chuàng)造綠色環(huán)保的生活環(huán)境。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）