提高脫硝供氨系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化設(shè)計

程小歡，張勇軍，楊金龍，孟念

(華潤電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

目前我廠脫硝供氨系統(tǒng)采用的三個液氨儲罐加兩臺液氨汽化器的布置方式，三個液氨儲罐出口共用一根母管送至兩個液氨汽化器。正常運行時，一個液氨儲罐和一個汽化器投入，其他設(shè)備作為備用。由于當(dāng)初環(huán)保形勢不嚴(yán)峻，最初對設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計時，沒有引起足夠的重視，設(shè)備的控制可靠性方面沒有考慮周到。一是自動控制測點的設(shè)置上沒有采取冗余的布置方式。二是在控制邏輯中沒有對熱控測點的進行故障判斷，當(dāng)測點故障時，引起了設(shè)備退出運行，而操作人員也沒有及時發(fā)現(xiàn)，造成了脫硝供氨中斷，從而引起脫硝環(huán)保數(shù)據(jù)超標(biāo)。三是供氨系統(tǒng)運行方式不合適，備用汽化器是冷備用狀態(tài)。環(huán)保數(shù)據(jù)的超標(biāo)，給公司造成經(jīng)濟損失。

1 供氨系統(tǒng)控制存在的問題分析

1.1 測點的設(shè)置分析

汽化器投入時，依靠汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥控制進入汽化器的蒸汽來控制汽化器水浴溫度，以達到加熱液氨，使液氨變成氨氣的目的。汽化器水浴溫度在當(dāng)初設(shè)計時只有一個測點，其作為汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥自動控制的被調(diào)量，因此，測點的準(zhǔn)確與否決定了自動控制的準(zhǔn)確度。另外，該點還具有聯(lián)鎖保護功能，當(dāng)汽化器水浴溫度大于95℃時，超馳關(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%。因此，該測點的可靠性也就決定了系統(tǒng)運行的可靠性。但是，實際運行中，由于此測點的故障引起了兩次汽化器退出，使得供氨中斷，進而造成脫硝系統(tǒng)退出，鍋爐排放的煙氣氮氧化物超標(biāo)。故障事件的發(fā)生，說明了單個測點的設(shè)置對于保證供氨系統(tǒng)的可靠存在很大的隱患。

1.2 設(shè)備運行方式分析

兩套汽化器系統(tǒng)正常運行時，一套運行，一套備用。運行的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥為自動方式，此調(diào)節(jié)閥控制汽化器水浴溫度，為保證液氨汽化良好，設(shè)定汽化器水浴溫度為80℃。備用的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥在手動方式并關(guān)閉，汽化器進氨切斷閥關(guān)閉，此時汽化器水浴溫度為常溫。當(dāng)運行的汽化器由于故障停運時，氨氣緩沖罐內(nèi)已有的氨氣可以保證兩臺機脫硝正常運行3分鐘。即使備用的汽化器立刻投入運行，而將汽化器水浴溫度加熱到制氨氣所需的溫度需要30~40分鐘。因此，供氨系統(tǒng)會有一段時間的中斷，這樣就會使脫硝中斷，造成排放的煙氣氮氧化物超標(biāo)。

1.3 控制邏輯分析

汽化器正常運行時，液氨汽化器水浴溫度設(shè)定值與實際值偏差大于10℃時，液氨汽化器蒸汽調(diào)門切為手動，從自動切為手動方式時DCS中沒有聲光報警，運行人員很難發(fā)現(xiàn)，另外液氨汽化器水浴溫度低于70℃時延時3S關(guān)閉B液氨汽化器液氨切斷閥。而液氨汽化器水浴溫度只設(shè)置了質(zhì)量判斷，只有當(dāng)出現(xiàn)元件壞或線路故障造成斷線的情況下，才會將液氨汽化器蒸汽調(diào)門切為手動，由于汽化器水浴溫度沒有設(shè)置速率判斷，當(dāng)汽化器水浴溫度出現(xiàn)跳變高于95℃時，就會造成液氨汽化器蒸汽調(diào)門強制關(guān)至0%，并且聯(lián)鎖關(guān)閉汽化器進氨切斷閥，汽化器退出。而備用的汽化器為冷備用狀態(tài)，控制邏輯無法實現(xiàn)自動投入備用的汽化器，供氨系統(tǒng)停止工作，這樣就造成脫硝系統(tǒng)的退出。

2 供氨系統(tǒng)控制優(yōu)化及效果

2.1 測點優(yōu)化分析

對于測點的布置，建議在有條件的情況下將單點增加為三點，將三個測點的中值作為被調(diào)量。當(dāng)三個測點的其中一個壞質(zhì)量，剩余兩個測點的平均值作為被調(diào)量。當(dāng)三個測點其中有兩個壞質(zhì)量，剩余一個測點作為被調(diào)量。當(dāng)三個測點均壞質(zhì)量時，汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥自動切為手動。任何一個測點故障時，將在DCS畫面上進行聲光報警，提示人員及時處理。這樣就可以避免因測點故障引起的汽化器退出問題。

2.2 控制邏輯優(yōu)化分析

目前，由于增加測點無法實現(xiàn)，暫時采取控制邏輯優(yōu)化的方式，具體措施如下：

圖1 汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥超馳自動邏輯

（1）將原備用的汽化器由冷備用狀態(tài)改變?yōu)闊醾溆脿顟B(tài)。即每套汽化器增加一個熱備用投入按鈕，按鈕投入且汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥投入自動時，汽化器處于熱備用狀態(tài)。熱備用狀態(tài)下，設(shè)定汽化器水浴溫度為80℃，保證汽化器水浴溫度維持在80℃左右，汽化器進氨切斷閥為關(guān)閉狀態(tài)。

（2）將原緩沖罐進口壓力引入控制邏輯參與控制。即熱備用按鈕投入后，當(dāng)緩沖罐進口壓力小于0.2MPa時，超馳將汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥開至70%(此數(shù)可以根據(jù)實際情況調(diào)整，從0%開至70%需要7s，如圖1)，持續(xù)時間8S(此數(shù)可以根據(jù)實際情況調(diào)整)，8s后汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)。并且延時2s(此數(shù)可以根據(jù)實際情況調(diào)整)，聯(lián)開汽化器進氨切斷閥。此時，熱備用汽化器由備用狀態(tài)變?yōu)檎＿\行狀態(tài)。

（3）增加測點條件判斷。將汽化器水浴溫度進行速率判斷，當(dāng)汽化器水浴溫度變化超過8℃/s(此數(shù)可以根據(jù)實際情況調(diào)整)時，閉鎖汽化器水溫大于95℃關(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%的邏輯，當(dāng)水溫小于95℃時，恢復(fù)正常控制。這樣就避免了由于元件本身或線路故障引起的溫度測點跳變引起的汽化器退出。

（4）增加DCS聲光報警。即增加汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥切手動聲光報警；增加氨氣緩沖罐進口壓力高于0.5MPa和低于0.2MPa聲光報警。故障情況下，通過DCS聲光報警，提醒運行人員及時發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施，保證氨氣正常供應(yīng)。

2.3 控制優(yōu)化后的效果分析

為了檢驗控制邏輯優(yōu)化后的效果，我們進行了試驗。首先，將備用的汽化器投入熱備用狀態(tài)，通過人為切除正常運行的汽化器進行試驗。當(dāng)緩沖罐進口壓力低于0.2MPa時，熱備用的汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥超馳開至70%，汽化器進氨切斷閥打開，熱備用汽化器投入正常。經(jīng)過一段時間的觀察，汽化器水浴溫度與設(shè)定值最大偏差5℃，氨氣緩沖罐進口壓力最低降至0.18MPa，完全滿足了脫硝氨氣的供應(yīng)。

其次，通過將汽化器水浴溫度線拆除試驗，在拆除過程中，溫度出現(xiàn)了幾次跳變，幅度超過了8℃/s。此時，汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥由自動切為手動狀態(tài)，并維持到一定開度。雖然出現(xiàn)了汽化器水浴溫度超過95℃的情況，但是由于變化幅度超過了8℃/s，邏輯閉鎖超馳，因此，沒有超馳關(guān)閉汽化器蒸汽調(diào)節(jié)閥至0%，這種情況下只是將汽化器由自動狀態(tài)變?yōu)槭謩訝顟B(tài)。

通過上述兩種方式的試驗，證明了控制邏輯優(yōu)化后，能夠保證運行汽化器在故障情況下，備用汽化器可以及時投入運行，維持氨氣的正常供應(yīng)。

3 結(jié)語

通過對氨區(qū)汽化器控制邏輯的優(yōu)化，解決了氨區(qū)汽化器無法熱備用的問題。并且，保證了運行汽化器相關(guān)設(shè)備在故障情況下，備用設(shè)備能夠自動投入運行，保證氨氣的正常供應(yīng)，大大提高了供氨系統(tǒng)的可靠性。