燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化研究

熊健 楊平 曾楊

摘 要：針對目前燃煤電站應用SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式過程存在的問題，本文從實踐角度出發(fā)，分析了SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式運用的基本原理，并提出了相應的優(yōu)化控制對策。結果表明，只有從成本控制角度出發(fā)，才能將SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式更好地運用于燃煤電站，進而提升所處行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。

關鍵詞：燃煤電站；SCR煙氣脫硝噴氨；自動控制方式

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0121-02

引 言

燃煤電站的生產建設過程中產生的煙氣，會對大氣環(huán)境造成污染影響。此情況下，相關建設者應將現(xiàn)有的科學技術成果利用起來，即加大SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式的研究力度，以提升煙氣脫硝噴氨系統(tǒng)運行使用的經濟效益。此過程，研究人員應將優(yōu)化控制的重點放在氨氣流量的控制，并將以往采用的基本控制方式與SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式進行對比分析，以明確自動控制方式運用的優(yōu)勢所在，進而在行業(yè)市場環(huán)境中實現(xiàn)普及。如此，燃煤電站的生產建設就不會對所處地區(qū)的大氣環(huán)境造成污染影響，有效推動了我國工業(yè)化發(fā)展建設的可持續(xù)進程。

1 研究燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制方式優(yōu)化的現(xiàn)實意義

據權威數據統(tǒng)計，控制燃燒產生NOx的方法共有三種，分別是事前控制、事中控制以及事后控制。對于燃燒前的控制方式，其具有造價成本高的特點，因此，很少應用于實際燃燒電站的控制。燃燒過程中的控制是指，通過改進生產工藝與燃燒方式，來降低NOx的生成量。這里的燃燒方式改進是指，低NOx的燃燒技術。該技術雖然使用造價低，但在爐內低氮燃燒技術方面存在局限，無法達到控制NOx的預期效果。就目前的市場環(huán)境來看，新建的大型火力發(fā)電機組大多采用SCR方法，即將氨類還原劑噴入煙氣，以利用催化劑將煙氣中的NOx轉化為H2O和N2。然而，生產建設的可持續(xù)需求不斷增加，SCR法的應用不僅要保證煙氣排放達到標準，還應增強脫硝系統(tǒng)運行的可靠性、經濟性以及連續(xù)性。為此，研究人員應在明確燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制系統(tǒng)基本運行原理的情況下，對自動控制的安全可靠性進行優(yōu)化，以實現(xiàn)所處行業(yè)發(fā)展建設的可持續(xù)性目標[1]。

2 燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制的基本原理

某燃煤電站應用的SCR脫硝系統(tǒng)還原劑為，99.5%純度的液氨。實際設計大多采用一用一備兩套蒸發(fā)系統(tǒng)、儲存與卸氨系統(tǒng)。而氨液制備區(qū)的系統(tǒng)組成為：液氨儲罐、卸氨壓縮機、氨氣緩沖罐以及氨氣吸收槽等。由于脫硝裝置反應器與煙道處在鍋爐省煤器后空預器前，因此，氨噴格柵應設置在SCR反應器的上游位置。對于鍋爐的出口位置，脫硝反應器能夠將煙氣均分為兩路，且每路煙氣以并行狀態(tài)進入一個垂直布置的SCR反應器內部。此運行過程，每臺鍋爐應配備兩個反應器，以使反應器內部的煙氣能夠向下流至催化劑層、均流板，隨后流入回轉式的空氣預熱器與經典除塵器中[2]。如此，就可通過煙囪排入大氣環(huán)境。

上述系統(tǒng)運行主要的化學反應方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

由此可以看出，燃煤電站運行產生的煙氣NOx是由NO與NO2組成的，經統(tǒng)計分析，前者約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%。由此可以看出，脫硝反應的主要反應方程式為：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O，其特性主要體現(xiàn)在三個方面：①NH3與NO的反應摩爾比接近1；②反應環(huán)境溫度在300～400℃以內；③O2需要參與到脫硝反應中。

3 優(yōu)化燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制策略

要想實現(xiàn)燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制目標，需將氨氣流量作為重點優(yōu)化對象[3]。

脫硝系統(tǒng)運行控制環(huán)境中，氨氣流量控制大多采用基本控制方式，即固定摩爾比控制。該控制是在脫硝效率與催化劑脫硝能力保證的情況下實現(xiàn)的，系統(tǒng)能夠按照固定氨氮摩爾比進行煙氣中NOx的脫除處理。具體的控制過程，先要設定值可調的單回路控制系統(tǒng)，以使系統(tǒng)回路起到易于整定與調試的作用。但在經濟方面，因存在過度脫氮問題，所以，會增加燃煤電站運行控制的造價成本。如，氨氣流量的計算，可通過溫度與壓力進行密度修正，并將計算結果作為單回路PID控制的測量值。此過程，氨氮的摩爾比，可通過手動設定，或是結合給定的脫硝效率進行計算確定。這里的氨氣流量設定值，應采用以下方式進行計算：①NOx=總煙氣量×SCR入口NOx濃度；②NH3=NOx×氨氮摩爾比。

此外，基本控制方式運用過程中的函數發(fā)生器，可通過進入爐膛的空氣量，來計算煙氣的流量與NOx的含量。此過程，函數發(fā)生器主要用于煙氣分析儀故障狀態(tài)下，保證脫硝系統(tǒng)運行的連續(xù)性。與此同時，該控制方式在燃煤電站中的運用，可引入煙氣流量，作為系統(tǒng)的前饋信號，進而為調節(jié)變負荷系統(tǒng)運行提供條件[4]。

為提升基礎控制方式運用的經濟性，相關人員應根據火電廠大氣污染物的排放標準，對不同時段的發(fā)電鍋爐與燃氣輪機組氮氧化物排放濃度進行限值控制。如此，就可在控制好脫硝系統(tǒng)出口NOx的濃度情況下，達到預期的排放標準。此控制方式的優(yōu)化，不僅能夠降低氨氣的用量，還能有效控制脫硝的運行控制成本，被業(yè)內人士稱為固定出口NOx含量控制方式。當此控制方式作用于實踐，不僅能夠按照預期目標脫除NOx，還能將脫除的NOx濃度設定一個值。由于控制方式使用邏輯較為復雜，因此，系統(tǒng)運行的調試與整定非常困難。

燃煤電站的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的整個控制回路，是由兩方面組成，即基本控制回路與輔助控制回路。前者的噴氨自動控制模式與固定摩爾比方法相似，差異在于氨氮摩爾的設定值計算，即固定摩爾比的氨氮摩爾比是一個定制。而運用基本控制回路方式進行氨氮摩爾比控制，則是一個變化的值。該回路控制因引入了反應器出口NOx濃度，所以，能夠氨氣流量經溫度與壓力的密度修正后對回路的測量值進行優(yōu)化控制。這里的氨氮摩爾比是指，脫硝效率函數。燃煤電站的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行控制效率，可通過計算反應器出口的NOx含量與給定的反應器出口NOx含量進行獲取。如此，就可清晰燃煤電站SCR煙氣脫硝系統(tǒng)控制回路中氨氮摩爾比與脫硝效率之間的關系。

經過上述控制方法優(yōu)化的脫硝噴氨自動控制，與固定摩爾比相同，同樣引入鍋爐負荷或機組負荷作為前饋信號。但實踐運用后，不僅增強了變負荷系統(tǒng)調節(jié)的及時性，還彌補反應器和煙氣分析儀的時滯局限問題[5]。

4 結束語

綜上所述，燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動控制，需從經濟成本角度出發(fā)，即在明確SCR煙氣脫硝噴氨自動控制運用基本原理的情況下，對現(xiàn)有的基本控制方式進行優(yōu)化。即采用固定摩爾比設定值的計算方法，來控制反應器中的NOx濃度。事實證明，只有這樣，才能將燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨的自動控制效果充分發(fā)揮出來，進而強化行業(yè)發(fā)展的質量效果。故而，相關建設者應將上述分析內容與科研成果更多地作用于各類燃煤電站的煙氣脫硝生產過程當中，進而服務于現(xiàn)代化經濟建設的全面發(fā)展進程。如此，人們就可在良好的氣候環(huán)境中進行現(xiàn)代化建設，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

參考文獻

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[2]廖 鵬，潘維加.變論域模糊控制器單元機組SCR煙氣脫硝控制研究[J].計算機測量與控制，2017，25（01）：84～87.

[3]孫 巖.1000MW機組SCR煙氣脫硝自動控制方式優(yōu)化[J].安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報，2016，21（01）：81～84.

[4]昝小舒，李宇建，馬 標.一種可擴展的小型SCR煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)及優(yōu)化控制方法[J].新技術新工藝，2015（11）：56～61.

[5]毛奕升.煙氣脫硝噴氨自動控制回路的優(yōu)化[J].華電技術，2014，36（08）：65～67.

收稿日期：2018-6-21

作者簡介：熊 健（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事火電廠煙氣脫硝定制化技術方面工作。