氨自動控制方式優化技術

董俞宏

摘 要：本文分析了超高壓中間再熱自然循環汽包爐CEMS系統測量不準導致氨自動控制退出的原因和處理措施，介紹了煙氣連續檢測系統CEMS的組成與測量分析。闡述如何確定取樣位置以及完善噴氨自動PID控制邏輯；從源頭解決影響氨自動控制投入的技術問題，提高脫硝噴氨自動投入率以及測量準確性。

關鍵詞：CEMS；氨自動；PID；脫銷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.036

1 項目背景

氮氧化物對環境的污染已經成為一個同益嚴重的全球性問題，它對大氣的影響主要有酸雨和較高的地面臭氧濃度，也參與形成空氣中的飄塵。作為氮氧化物排放主要源頭之一的火力發電廠進行有效的排放量控制對于保護大氣環境起到至關重要的作用，使得火力發電廠必須要進行脫硝項目的改造才能滿足此排放標準的要求。我廠#1、#2機組是投運超過二十年的老機組，采用上海鍋爐廠SG420-13.72-M419超高壓中間再熱自然循環汽包爐，實行了SCR改造使得老機組煥發了新生命，然而，受到鍋爐結構及項目成本限制，脫硝系統沒有過多的考慮CEMS系統測量問題，投運后，出現了Nox等測量不準的難題。

2 系統結構及其所存在的問題

2.1 煙氣連續檢測系統CEMS的組成與測量分析

經過分析分析與論證，我廠在#1、#2機組的脫硝改造中，通過在空預器與省煤器之間直接安裝脫銷反應器SCR，同時在催化元件入口處設置噴氨裝置來實現機組的脫銷功能，并且加裝一套CEMS煙氣分析系統，分別抽取SCR反應器的入口和出口煙氣進行采樣分析，得出下圖所示的一些煙氣成分的參數，從而用來對實現噴氨自動控制與監視。具體的布置如下圖：

當該系統投運一段時間后，脫硝煙氣連續監測系統（ CEMS ）監測發現脫硝出口和入口的煙氣流量、NOx 濃度波動幅度大、不規律等現象。而且脫硝煙氣連續監測系統（ CEMS ）定期吹掃時，CEMS測量數據變化幅度大等，也會造成了噴氨調節門跟蹤不及時、NOx 濃度超標、噴氨量過大。噴氨量太多會造成設備腐蝕以及逃逸氨的數量過高等不良影響。以上這些問題的出現會令到噴氨系統經常退出自動，脫硝率不及格等。

2.2 煙氣連續檢測系統CEMS的樣品取樣探頭選取位置不合理

我們發現#1、#2號爐的脫硝煙氣CEMS是直接在反應器的入口和出口附近進行采樣的，入口煙氣的分析數據都比較穩定準確，所以著重分析出口的煙氣取樣，引起上述影響的主要是出口煙氣分析出來的數據。脫硝出口CEMS抽樣探頭有兩個，現場實際的測點安裝分布如下圖：

上圖可知，原#1、2爐脫硝CEMS系統出口取樣點因與脫硝反應區距離太近，抽取的煙氣沒有充分混合，因此CEMS測量的NOX波動大，也不能反映平均NOX，造成噴氨自動調節效果差，因此經常出現#1、2爐脫硝出口NOX濃度偏高，脫硝效率偏低的情況

2.3 噴氨自動系統的結構與控制過程

噴氨自動調節采用的是典型的單回路自動調節系統，具體邏輯組成如圖3所示：

噴氨自動系統中，主要是手動設定脫硝率值，然后與實際測量計算的脫硝率進行比較計算，得出的值進過PID運算后直接控制噴氨調節閥來決定噴氨量的大小，實現脫銷率的自動控制。PID模塊中采用純比例調節，使得系統有快速響應的特點，同時對脫硝率實測值在手動時進行自動跟蹤，可實現手自動的無擾切換。此外還設有脫硝率實測值與設定值偏差大退自動，氨/空氣混合比過大退自動等保護，輸出閥門上下限限制等功能。

2.4 從上面的描述可以得出氨自動控制方式比較差的原因

（1）脫硝出口和入口的煙氣流量、NOx 濃度波動幅度大、不規律；

（2）脫硝煙氣連續監測系統（ CEMS ）定期吹掃時 CEMS 測量數據變化幅度大等，造成了噴氨調節門跟蹤不及時、NOx 濃度超標、噴氨量過大。

3 提出解決方案

（1）經過討論分析，將#1、2爐脫硝出口CEMS系統取樣點后移到#1、2爐脫硫入口煙道，從脫硝出口，經過省煤器、尾部煙道、電除塵至脫硫入口，長約180米，按煙氣流速22m/s，更換測點后，氨調節會出現9～10秒滯后，不影響。煙氣經過鍋爐尾部煙道及電除塵后充分混合，煙氣中NOX濃度穩定，CEMS測量穩定，有利于噴氨自動調節，改造后大大提高了噴氨自動調節投入率，確保了脫硝效率，NOX排放濃度達到了環保要求。

原#1、2爐脫硫原煙氣CEMS只測量SO2和O2兩種成份，經研究分析儀與論證確認，在其分析儀內可增加測量NO相關的氣室及傳感器即可實現NOx的測量。

在脫硫入口處進行脫硝出口煙氣的取樣，煙氣從脫硝出口，經過省煤器、尾部煙道、電除塵至脫硫入口，使得煙氣得到充分的混合和凈化，繼而使CEMS分析系統測量出來的NOx等脫硝效果監測數據真實而且穩定，確保了噴氨自動調節不會再因為脫硝出口的數據測量問題而經常退出自動，同時也消除了噴氨過多等的問題。

（2）在脫硝煙氣連續監測系統（ CEMS ）定期吹掃時，采取將CEMS分析儀表端進行保持處理；在CEMS 定期吹掃時，如果發生變負荷影響NOX量擾動，在恢復后會導致PID調節的波動，通過利用A、B側CEMS吹掃校準不同步，則A側吹掃通過B側替代，并進行差值疊加，解決了PID調節波動的問題。

同時把出口NOX的設定值與實際值偏差大切除噴氨調節閥自動的保護值適當放大，提高了脫硝噴氨自動投入率，從而提高了脫硝的合格率。

4 結 論

在我廠#1、2機組推廣應用，脫硝出口煙氣取樣后移到脫硫入口煙道后，煙氣經過空預器、電除塵等環節的充分混合后，使得包括NOx在內的CEMS系統測量數據準確、穩定可靠，消除了原來在反應器出口取樣煙氣的粉塵大，NOx分布不均等造成的脫硝不穩定的影響。

后移取樣點所得的NOx等穩定數據引入到脫硝自動控制邏輯中，通過修改輸出低限限制，增大退自動偏差值等手段，優化了自動調節的品質，取得了良好的效果。

通過解決噴氨自動調節經常退出和脫銷系統過量噴氨的問題，節約了液氨，明顯減輕了空預器堵塞情況。提高了脫硝合格率，使我廠#1、2機組的煙氣排污可以滿足環保部最新《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。