火電廠SCR脫硝噴氨自動控制策略探討

許俊永，孫法治

(1.華電國際萊城發電廠,山東 萊蕪 271100; 2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

火電廠SCR脫硝噴氨自動控制策略探討

許俊永1，孫法治2

(1.華電國際萊城發電廠,山東 萊蕪 271100; 2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

噴氨自動控制是火電廠SCR脫硝控制系統中為數不多的自動控制系統，由于噴氨自動控制存在較大遲延，其調節一直是一個難點問題，通過SCR區的氨氮反應原理、反應過程、控制系統的分析，制定合理的控制方案，為同類火電廠提供借鑒。

SCR區；脫硝；遲延；噴氨控制；前饋

1 SCR脫硝系統氨氮反應過程

SCR脫硝反應原理如圖1所示，脫硝化學反應式為

4NO+4NH3+O2→4N2+ 6H2O

(1)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

(2)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

(3)

其中式(1)和式(3)是主要反應過程，煙氣中90%以上的NOx是以NO形式存在。在反應過程中，與NOx反應生成無二次污染的N2和H2O隨煙氣排放。為使催化劑充分發揮作用，脫硝反應須在一定溫度區間內進行。

圖1 SCR脫硝反應原理

SCR脫硝工程一般由還原劑系統、催化反應及煙氣系統、輔助及公用系統組成。工藝流程如圖2所示。

圖2 SCR法煙氣脫硝工藝流程

通過脫硝裝置的煙道及反應器位于鍋爐省煤器后空預器前，氨噴射格柵放置在SCR反應器上游位置。煙氣在鍋爐出口被平均分成兩路，每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應器里，即每臺鍋爐配有2臺反應器，在反應器里煙氣向下流過均流板、催化劑層后，進入回轉式空氣預熱器、靜電除塵、引風機和FGD，最后通過煙囪排入大氣[1]。

2 SCR脫硝控制系統特性分析

控制系統對象的動態特性取決于結構特性，SCR脫硝控制系統具有其特殊性，從脫硝系統的工藝流程可看到，氨噴射格柵至SCR反應器上游的位置是氨氣與煙氣的混合區域，雖然已經噴氨，但由于最終過程是一個化學反應，進入反應器催化劑層前，化學反應沒有產生，所以調節不會影響到控制對象。在反應器催化劑層中進行充分反應的過程需要一定時間，化學儀表數據的測量與內部處理換算產生時滯，因此SCR脫硝控制系統對象是一個大遲延、大慣性的控制對象。

在現場生產中，許多電廠采用按照固定氨氮摩爾比脫除煙氣中NOx的控制方案,這種控制方式是設定值可調的單回路控制系統，其優點是控制回路簡單易于調試和整定，缺點是會過度脫氮，增加運行成本。有的電廠采用脫硝系統出口NOx濃度設定為定值，定值單回路控制系統控制，此方式的優點是可按需脫除NOx，脫硝系統出口NOx濃度為定值，但控制邏輯較復雜，系統調試和整定困難。對于具有較大遲延、慣性的控制對象我們常見的控制方案有串級控制、前饋-反饋控制、SMITH預估控制等方案。脫硝系統的控制對象復雜，影響因素有反應器溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO3濃度、水蒸氣濃度、鈍化影響和氨逃逸等。由于對象模型不易建立，采用SMITH預估方案難于實施；串級控制一般用到減溫水系統或給水系統這種系統相對較大的系統中，而且由于化學儀表的時滯，在反應器中增加化學儀表采用中間點不能快速反應。通過分析，引入合適前饋組成前饋-反饋控制回路，是提高系統控制快速性、準確性的合理方案。

許多電廠在控制方式中引入鍋爐負荷或機組負荷作為前饋信號，也有的引入煙氣流量信號作為前饋信號，進一步加強變負荷系統調節的及時性，同時可以彌補反應器和煙氣分析儀的時滯，但如果能夠引入計劃耗氨變化量的信號作為前饋，通過計劃耗氨量的變化，調整調門提前動作，會更準確平穩達到調節目的。

3 控制策略

在SCR脫硝噴氨自動控制系統中，采用控制策略是單回路+前饋控制方式，即SCR區氨氣自動調閥自動控制，以出口濃度為目標值的單回路控制方式，計劃增加需氨量(為液氨耗量-目前供氨量)計算作為前饋信號，反應器出口NOx濃度作為最終目標值。控制策略SAMA圖如圖3所示。

圖3 SCR區噴氨自動控制SAMA圖

控制策略中存在2個重要環節需要復雜計算：一是反應器出口氮氧化物濃度的修正折算信號；二是計劃噴氨量前饋信號中的液氨耗量。

NOx一般是指修正到標準狀態下氧含量為6%時的干煙氣中NOx濃度， 其計算方法為

(4)

式中：NOx(mg/Nm3@6%O2)為修正到標準狀態下氧含量為6%時的干煙氣中NOx排放濃度，mg/Nm3；O2為實測干煙氣中氧含量，%。

計劃噴氨量前饋信號中的液氨耗量根據各NOx濃度通過化學計算式計算得到，計算方法如下：

液氨耗量=(煙氣量×NO濃度×17/(30×106)+煙氣量×NO2×17×4/(46×106)/3×氨氮比)/液氨純度

氨氮比=脫硝效率/100+逃逸率/入口氮氧化物濃度,標干6%O2

煙氣量：干基、標態、6%O2

因為煙氣中的NOx主要由NO和NO2組成，其中NO約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%[2]，因此也可以邏輯搭建時，可以根據現場化學儀表的情況，對液氨耗量公式進行搭建。

以折算后的NOx濃度作為被調量，維持出口NOx濃度濃度設定值在60～80 mg/Nm3，可以保證排放符合要求，在實際運行中，運行人員最終以脫硫吸收塔出口煙氣的NOx濃度為準對設定值做適當修正。

4 結束語

SCR區噴氨自動控制系統的投用，由于測量環節復雜，受外部因素影響較多，氨逃逸、煙氣量、氮氧化物參數時常不準確，需要及時維護，調閥前供氨流量計因管路堵塞造成不準確，噴氨調閥位置堵塞造成控制失靈等都是影響因素，SCR區噴氨自動是近年以來新增自動控制一個較為特殊，隨著測量儀表技術的不斷更新和自動化技術的進步，SCR區噴氨自動單回路+前饋的控制策略會得到優化提高。

[1] 王 立，賀悅科.SCR煙氣脫硝自動化控制系統在三河電廠的應用[J].華北電力技術，2009,39(2):29-31.

[2] 羅子湛，孟立新.燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優化[J].電站系統工程，2010,26(2):59-63.

Discussion on Automatic Control Strategy of SCR Denitration Ammonia Injection in Coal-fired Power Plant

XU Junyong1，SUN Fazhi2

(1.Huadian International Laicheng Power Plants,Laiwu, Shandong 271100,China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Ammonia spraying automatic is SCR DeNOxcontrol systems which are few in number in thermal power plant.It’s regulation is a difficulty because of ammonia spraying automatic with a big delay.Reasonable control scheme is made through analyzing ammonia reaction principle,reaction process,SCR control system which is a reference for the similar thermal power plants.

SCR area;denitration;delay;ammonia injection control;feedforward

TM621

A

1004-7913(2017)01-0005-02

許俊永(1978)，男 ，學士，高級工程師，從事熱控檢修工作。

2016-09-29)