火力發電廠脫硝自動控制系統優化研究

郭 維

（國家能源集團花園電廠，新疆 哈密 839000）

0 引言

氣態氮氧化物是火力發電廠生產過程中所產生的一種污染物，在排放過程中遇高溫則發生反應，并產生光化學煙霧和酸雨。這不僅會對空氣造成嚴重的污染，同時還會帶來嚴重的經濟損失。而脫硝技術則是運用脫氮技術、氮燃燒技術以及煙氣脫硝技術，對氮氧化物進行處理，以此來降低氮氧化物的排放量，改善了空氣污染情況，同時提高了火力發電廠的運行效率。

1 脫硝的工藝流程及特點

目前使用的火電脫硝技術主要分為2 種，一種是非催化還原技術，另一種是SCR 技術，而脫硝處理工藝是治理和減少污染物的一種有效方式。對其燃燒過程進行劃分，可以分為燃燒前脫硝階段、燃燒中脫銷階段和燃燒后處理階段。首先，燃燒前的脫氮技術運用的方法是提純，重點將氮元素轉化為化學反應之外的元素，不參與反應，用科學的手段降低氮排放量，實現凈排放。其次，燃燒中的氮氧化物處理方法運用的是分級、貧氧和煙氣再循環等技術，主要目的是降低該污染物的生成，最后對排放前的廢氣進行處理。

其中，我們以SCR 尿素脫硝工藝為例，具體分析其工藝流程和特點。SCR 脫硝工藝主要包括2 種方法，一種是熱解法，另一種是水解法[1]。熱解法是通過對氣態氮氧化物進行加熱和霧化，得到固態或液態的尿素，而在加熱過程中純尿素會產生大量氨氣，為SCR 尿素脫硝技術提供動力。水解法是以水溶解的方法對尿素進行液態方式的分離。而火力發電廠一般使用的是熱解法，這種方法和水解法的區別在于其不會產生聚合物，從而減少了工藝流程和步驟，同時降低了運行成本。

1.1 脫銷的工藝流程分析

下面以火力發電廠普遍運用的尿素熱解法為例，對其工藝流程進行分析。所謂熱解法就是通過對尿素的加熱分解和分層次吸收、反應等，降低氮氧化物的排放量。如運用除鹽水固體尿素進行溶解，從而得到質量分數為50%的液態尿素，并通過混合泵將其傳送到中期運行和反應階層，使用給料泵和分配裝置，以及質量檢測和霧化設備，對稀釋過的空氣進行加熱，并與所得到的液態尿素進行融合，從而對液態尿素進行分解，產生氨氣和二氧化碳，通過氨氣的提煉、分離和噴射，使其與氣態的氮氧化物進行反應，最終降低氮氧化物的排放量，減少氣體中氮的含量，實現火力發電廠自動脫銷的目的。

1.2 脫銷工藝的特點

對于SCR 尿素熱解法脫硝工藝來說，主要是使氮氧化物與氨氣進行反應，從而降低氮的含量。該工藝流程和運行過程不會產生聚合物，同時操作便捷，能夠突出自動化控制系統的作用，整個流程耗時較短，資源耗費程度不高，同時各設備的密封性良好，降低了工藝流程當中氨泄漏的風險[2]。此外，尿素熱解法脫銷工藝流程中，機組負荷反應力和靈敏度較強，能夠促進整個流程的運作，綜合以上工藝特點，可以知道尿素熱解法脫硝工藝具有較強的安全性與實用性。

2 火力發電廠脫硝自動控制系統中存在的問題

在SCR 脫硝自動控制系統的運行過程中，也必然存在一定的問題和不足之處。而其中影響脫硝自動控制體系構建和運行的因素涉及多個層面，主要體現在內在因素和外在因素2 個層面。

2.1 外在因素

外在因素包括測量儀表故障、操作人員技術水平不高、操作不規范，以及鍋爐系統、設備等問題。例如測量儀表主要分為3 個部分。1）入口處的氮氧化物濃度檢測儀。2）出口處的氮氧化物濃度檢測儀，氨氣排量及相關測量系統。3）出口與入口的氮氧化物濃度差異檢測儀表等。如果其中的任意測量儀表出現故障，則會直接影響火力發電廠脫硝自動控制系統的良好運行。

2.2 內在因素

內在因素主要是指火力發電廠脫硝控制的方法，如SCR尿素脫硝工藝流程運行過程中，出口處的氮氧化物濃度與入口處氮氧化物濃度的相符性和差異。再如固定摩爾比，將氨氮摩爾比設為固定值，并通過與測量入口的氮氧化物濃度和煙氣流量的對比，結合氮氧化物的實際濃度計算出反應所需的氨氣量，通過相應的措施控制和調整閥門，實現固定量氨氣的流通。

SCR 脫硝自動控制方法在實際運行的過程中也存在一些類似的問題。下面舉2 個例子進行說明。1）控制方法整體設計不完善，工藝流程的實施與運作缺乏精細化管理，同時總體方案規劃也存在不規范性，如果操作過程中發生突發情況并存在不可控風險因素，那么就會影響操作方法的良好運行，對相應對象的控制效果就會不明顯。2）SCR 像素熱解法脫硝方式只是針對入口處的氮氧化物濃度進行檢測，并計算氨氣的供應量和需求量，通過調節和控制實際的氨氣流量，來降低污染物氣態氮含量。整個過程忽略了對煙囪入口處的氮氧化物濃度的控制和調節，這樣不僅提高了控制方法的操作難度，增加了資源耗費量，同時還偏離了環保考核的目標。

3 火力發電廠脫硝自動控制系統優化措施

環保局對火力發電廠脫銷后的氮氧化物含量的控制范圍和標準設定為脫硝后NOx的含量在50 mg/Nm3～90 mg/Nm3，而脫銷效率以及脫銷后的氮氧化含量，從概念的角度來講存在差異性。如公式（1）所示，脫銷效率的計算法方法主要是與脫銷前含量進行對比。

所以這就導致火力發電廠對脫銷自動控制系統的設置出現紕漏，自動控制系統運行效率與實際預期有較大差異，進而導致無法達到脫銷標準。基于此，我們應當全面考量脫銷自動控制系統的優化措施，并具體問題具體分析，找出科學、合理的解決方法，優化控制系統，提高脫銷效率，促進火力發電廠的良好運營與發展。

3.1 機組停機重置參數值

通過以上對脫硝自動控制系統中控制對象的原設定參數，以及實際運行參數的比值存在差異性的問題進行分析后可以發現，我們應當從控制對象入手，將原定脫硝效率的比值范圍，轉變為NOx的含量。通過技術停機對相關參數進行重新設置，并嚴格參考環保局對火力發電廠脫硝效率的要求，使脫硝工藝流程運行過程中的實際考核參數與原定參數相符。這樣既可以全面優化脫硝自動控制系統，同時也可以提高對組態控制對象的控制效率。

3.2 調整供氨調節閥門，優化脫銷自動控制系統

對于氨氣流通調節閥門的設定來說，首先應當解決脫硝系統運行過程中出現的閥門死區偏大的問題，例如LIMITORQUE 電動執行器可以將其死區范圍調整為1%～5%，默認值設定為2%。那么為了避免調節閥門死區偏大，應當以默認值2%為標準，將其降低為1%，從根本上提高氨氣流量調節閥門的靈敏度和反應效率。此外，由于氨氣調節閥門與過濾器有著直接的聯系，所以應當在脫硝自動控制系統運行過程中及時清理過濾器，以此來保證氨氣調節閥門的運行速率。另外，在對氨氣流量進行調節和控制的過程中，應當全面重視入口和出口處的氮氧化物的濃度參數，通過增加出口處的氮氧化物濃度調節系統，對整體控制算法進行全面調整與匹配，同時契合機組指令，降低出入口的氮氧化物濃度差異，并及時計算出氨氣的需求量，實現調節閥門的有序運行。

3.3 加強現場煙氣監測儀的自動維護功能

火力發電廠在運行脫硝自動控制系統時，很容易出現多方系統不協調和不匹配的狀況，從而導致脫硝工藝流程運行不暢。針對這一問題，我們要重點考慮煙氣監測區域和自動控制系統之間的協調性和匹配性。而想要對兩者進行集成，勢必會增加成本，同時也會導致停機時間較長，因此，從根本上來講，該方法不具備較強的實用性和可行性。我們可以考慮DCS 組態邏輯功能。具體的實施方法是在煙氣監測儀處于自我維護狀態時，DCS 系統會及時感應并上報輸出的數據，而輸出的NOx存在不真實性，因此，脫硝自動控制系統要停止相應的調節功能，并將煙氣監測儀表與氨氣供應調節閥門進行融合，之后重新設置閥門開度。這樣在實際運行過程中，自動調節系統就會根據監測儀表呈現出的自我維護狀態，將調節系統設置為開啟。這樣一方面降低了監測儀表狀態轉變對火力發電廠脫銷自動控制系統的影響。另一方面也提高了脫硝自動控制系統的運行效率。

3.4 現場設備的故障處理與改進方法

在火力發電廠脫硝自動控制系統運行過程中，必然會存在設備故障問題，因此，我們應當從以下2 個方面進行優化與改進。1）改進氮氧化物的測量系統，通過安裝精濾和除濕等裝備，降低其他元素對氮氧化物分析檢測系統的影響。2）優化吹掃系統，因為原有數據在吹掃過程中會發生改變，所以應當對系統程序進行修改和調整，確保測量參數數據的有效性和真實性。

4 結論

綜上所述，脫銷自動控制系統是火力發電廠正常運營與發展的關鍵，是對火力發電廠產生的氮氧化物進行處理的一種系統，其不僅要滿足我國環境保護政策的需求，同時還要降低火力發電廠的運營成本，提高脫硝自動控制水平，控制氮氧化物的排放量，降低液氨的消耗量，為環境保護和火力發電廠的高速運營提供保證。因此，火力發電廠要認識到脫硝自動控制系統的重要性，深入探究其中存在的問題和影響因素，并采取針對性和有效性措施，將脫硝技術落實到實處，從根本上降低氮氧化物的排放量，實現火力發電廠的綠色發展。