燃煤機組脫硝自動調節控制分析

摘 要： 在SCR脫硝系統運行中，氨氣的噴入量應根據SCR反應器出口NOx濃度及保證的脫硝效率通過噴氨調節門進行調節，噴氨量少會使脫硝效率過低，過大容易導致氨逃逸率上升生成硫酸氫氨造成空預器堵塞，影響催化劑壽命，且經濟性降低較多。本文簡述在保證脫硝效率，滿足出口NOx濃度超低排放要求的基礎上，降低噴氨量并減小氨逃逸的措施。

關鍵詞：超低排放；SCR；脫硝效率；氨逃逸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.050

1 引言

河北衡豐發電有限責任公司#1-4機組于2013年進行了低氮燃燒器+SCR技術脫硝項目改造，2015年對鍋爐原配套SCR脫硝裝置除保留原有兩層催化劑的基礎上，又增加了第三層催化劑。脫硝工藝采用選擇性催化還原法，從鍋爐省煤器來的煙氣，經SCR中的多層催化劑將煙氣中的部分NOx催化還原為N2和H2O。

2 SCR脫硝控制系統概述

2.1 氨區氨氣出口壓力控制

氨系統投入運行后，通過蒸發器氨液入口調節閥控制氨氣出口壓力，為單回路控制。考慮實際變負荷時氨氣流量變化較大，為了維持壓力穩定，在控制回路中加入了主蒸汽流量指令信號的前饋作用，以實現優先調節壓力，完善其后的氨流量控制。

2.2 氨氣流量和出口NOx濃度控制

SCR煙氣脫硝控制系統利用NH3/NOx摩爾比提供所需要的氨氣流量，使用煙氣進口NOx濃度和煙氣流量（用主蒸汽流量信號計算）的乘積得到。基本的NOx含量，再乘以NH3/NOx摩爾比便可得到氨氣理論量，出口NOx濃度控制對NH3/NOx摩爾比加以修正（對氨氣需求量的修正）并參與控制，最終得到氨氣流量的目標設定值。SCR控制系統根據計算得出的氨氣需求量信號通過控制氨氣閥開度，實現脫硝自動控制。

3 SCR系統運行中存在的問題

脫硝噴氨自動調節系統自投產以來時常出現跟蹤慢、過調的現象，造成NOx超標、氨逃逸升高等問題，影響了機組的可靠性以及經濟性。

3.1 噴氨自動調節效果差

因噴氨自動調節的噴氨理論值計算根據反應器入口的工況，存在一定的不及時性、調門特性存在一定的死區、SCR脫硝反應過程所需一定的時間等原因造成的延時滯后。在實際應用中采用這種控制策略容易造成超調過調、系統震蕩，造成環保數據超標或氨逃逸過量。

3.2 鍋爐SCR出口NOx與脫硫進口NOx存在偏差 。

脫硝裝置在設計階段雖然安裝了導流板，進行煙氣流場優化，但由于調試階段對噴氨格柵調整不均勻。在鍋爐實際運行中脫硫進口NOx值與SCR出口NOx值存在偏差。出口濃度分布均勻性差，除了煙氣流場不穩定外，噴氨的不均勻性是主要原因。

4 SCR系統噴氨自調效果差原因

4.1 SCR噴氨量控制系統屬于大遲延系統

在保證探頭、氣纜、分析儀表等測量環節均運行正常情況下，對于A、B側出入口NOx，在就地探頭處將至CEMS小間的取樣氣纜管拔掉，對于A、B側的出口NOx，純遲延時間約180秒左右；對于A、B側的入口NOx，純遲延時間約190秒左右。

4.2 SCR噴氨量控制系統具有非線性

由于受脫硝反應器催化劑特性的復雜影響，即使在鍋爐負荷已確定的條件下，出口NOx濃度也會有較大波動。噴氨量控制系統屬于非線性的控制系統。

4.3 SCR入口NOx波動大

對于投入ADS機組而言，當鍋爐負荷增加時，由于燃料量與風量變化不協調，由過量空氣系數減小抑制了燃料型NOx生成。但是，隨著鍋爐燃煤量的增加，爐膛溫度升高增加了熱力型入口NOx的生成。因此，入口NOx濃度變化與機組負荷變化密切相關，且負荷變化越快，入口NOx濃度變化也越劇烈。

4.4 啟停制粉系統對入口NOx影響

在啟動制粉系統時會造成反應區入口煙氣溫度偏高，溫度升高使得NH3和O2的反應加劇，會導致煙氣中NOx增加；低負荷或停運一套風機時會造成入口煙氣溫度偏低，所以啟停制粉系統會對入口NOx濃度造成一定波動。

4.5 CEMS儀表標定影響

CEMS儀表標定時間長達10分鐘，標定期間SCR入口NOx參數每分鐘波動200-300 mg/m3 。

5 SCR系統自調控制改進

將參與控制的控制量如出口氮氧化物設定值、噴氨量、調門開度反饋、脫硝進出口氮氧化物濃度、機組負荷、總風量等實時運行參數通過DCS系統對噴氨調閥進行控制。單從供氨調閥的自動回路優化效果不佳。考慮從協調控制入手，降低脫硝反應器入口NOx含量的突變。為減少AGC方式下，小負荷段工況下燃料量頻繁加減造成入口NOx的波動，負荷變動在20MW以內協調控制回路中取消負荷變化前饋參數。

5.1 煙氣流量修正

目前用單側引風機電流與左、右兩側引風機電流和之比與主蒸汽流量生成的函數得出，此函數由不同負荷時氨氣流量、出口和入口NOx計算得出。

5.2 出口、入口NOx標定情況處理

現場最初設計出口、入口NOx自動標定間隔為2個小時，將出口、入口NOx吹掃間隔修改為4小時。由于每次吹掃時數據保持10分鐘不變，須采取合適的策略來保證吹掃時出口NOx控制的及時性，在出口NOx標定吹掃時主調輸出跟蹤脫硫側NOx調節。在入口NOx標定吹掃時采用對側數值調節。之前我們已將SCR出口NOx與脫硫靜煙NOx標定和SCR入口左、右兩側NOx標定時間錯開。

5.3 噴氨流量的準確性

（1）在實際氨流量頻繁堵塞無法測量時，使用氨調門開度和氨母管壓力建立模擬噴氨流量控制邏輯。（2）為盡量減少流量計的堵塞可能性，在流量計前加濾網，并定期清理；（3）增加調門及流量計旁路，定期校驗流量計；（4）冬季時氨氣管路增加一段至鍋爐外部煙道加熱，其中氨氣管道安裝旁路閥門，保證氨氣出口溫度可調，對后部閥門、流量計運行無影響。

5.4 主回路被調量的修正

判斷出口NOx實測值與出口NOx設定值的偏差的變化方向及變化速度，當偏差較大超過某一值且偏差變化速度較快時，主調變積分時間和比例系數運行。

5.5 影響入口NOx前饋信號

為了達到更好的控制效果，需要選取前饋量提前反應入口NOx濃度的變化。所以，入口NOx濃度的預測值整定至關重要。

（1）啟停制粉系統時對入口NOx影響值的預測。在啟停制粉系統時，入口NOx波動較大。選取四臺排粉機的運行信號，把排粉機電流變化轉化為氨流量理論值提前增加或減少一定的數值來預測入口NOx的變化。

（1）氧量前饋對入口NOx值的預測。當判斷氧量變化率較大時，提前噴氨或者減氨。由于氧量的超前（近2分鐘時間），可以提前克服入口NOx大副度變化時引起的出口NOx超標。

6 應用效果

從上圖可知，當機組負荷從210MW（16：30）升至251MW（16：36）時，入口NOx從741mg/m3升至892 mg/m3，出口NOx一直在設定值96 mg/m3附近波動，最高至145 mg/m3，可見在機組升負荷工況下出口NOx控制穩定。

7 結束語

SCR脫硝噴氨系統控制策略充分考慮機組負荷變化、磨啟停、儀表標定等外部影響因素。實際運行參數說明，在系統儀表校驗標定、快速變負荷、啟停制粉系統等工況下，出口NOx濃度均可得到很好的控制。降低了運行人員的勞動強度，解決了噴氨自動常規PID控制超調量大、系統震蕩的難題。也解決了脫硝系統過量噴氨的問題，每天可節約液氨1噸左右，同時減輕了空預器堵塞情況。

參考文獻：

[1]王飛.600MW機組煙氣脫硝工程方案選擇及設計優化[D].華北電力大學碩士學位論文，2013.

[2]趙乾.SCR煙氣脫硝系統模擬優化及噴氨量最優控制[D].重慶大學碩士學位論文，2012

作者簡介：許紅彬，男，河北衡水人，本科，工程師，主要從事發電廠熱控檢修技術管理工作。