关于锅炉脱硝自动的探讨

石志峰

陕西有色榆林新材料集团发电分公司 陕西省榆林市 719000

摘要：本文介绍SCR脱硝控制的原理及其影响因素，结合大型火电机组脱硝运行现状，主要探讨SCR脱硝控制系统目前存在问题并进一步分析脱硝自动无法投入的原因及建议。

关键词:脱硝控制 分区控制 逻辑优化

我国经济快速发展，带来的环境问题日益严重，2014年9月国家发改委、环境保护部、国家能源局三部委下达《燃煤节能减排升级与改造行动计划》中火电厂大气污染物的相关排放标准针对氮氧化物的排放量与排放浓度制定了严格的标准。近几年，我国开始研究脱硝改造优化，而且在相当短的一段时间内已投入使用大批的改造优化项目，但现阶段，我国很多火力发电厂的脱硝控制系统在控制策略、设备与设计方面还存在很多普遍性的问题，这在一定程度上影响脱硝效果，也影响脱硝系统的自动调节，使脱硝的效率与经济性都比较差。

某大型火电机组采用SCR工艺，设A、B两侧反应器，每侧安装有供氨关断阀、供氨调节阀、供氨流量测点、稀释风流量测点，反应器前安装有脱硝入口CEMS装置测量入口烟气氧量、SO2、NOx。A、B侧出口分别安装有出口脱硝CEMS装置用来测量出口NOx、O2，氨逃逸测量装置用来测量催化反应剩余的氨气浓度。为防止催化剂积灰造成系统压差变大并避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降，脱硝反应器催化剂层选用声波和蒸汽混合方式进行吹灰。

SCR脱硝自动控制特点：

一、脱硝装置反应慢对控制的影响

通过脱硝工艺流程可以看出，氨喷射格栅至SCR反应区上游位置，是氨气与烟气混合区域，虽然已经喷氨，但最终过程是一个化学反应，进入反应器催化层前，化学反应还没有产生，所以调节不会影响到控制对象，在化学反应剂层中进行充分反应的过程需要一定的时间。

二、脱硝测量系统大迟延(样气管线、仪表本身迟延)造成的控制困难

CEMS采样探头至CEMS小室之间距离较远（大约50米），烟气进入分析仪由分析仪进行测量，延时时间大约3-5min左右，造成测量数据与实际工况数据有滞后。

3. 流场不均的情况下采用单点测量

脱硝系统安装在省煤器和空预器之间，单独布置，造成烟道多次转弯，使得烟道内流场严重畸变，特别是在超低负荷下，烟气流场分布更不均匀。SCR系统有导流板进行流场调整，流场调整是冷态调整的、故不能保证热态效果良好。流场的不均匀意味着烟气浓度场的不均匀性增大，这种情况下单点NOx浓度测量对于控制系统来说参考意义不大。

由于脱硝自动控制存在以上特点，造成机组脱硝控制系统目前存在如下问题：

1、脱硝只能手动控制，需要运行人员24h监视NOx浓度，及时调整脱硝喷氨量。

2、为避免环保排放考核，经常采用过量喷氨的方式运行，氨气损耗较大

3、氨逃逸超标容易造成空预器堵塞、电除尘器极板板结、引风机叶片粘接等问题，烟道阻力增大，风烟系统风机电耗增加，机组出力降低。

针对以上问题经过查阅资料，讨论，可以采用分区测量、分区控制的方式，同样可以采用逻辑优化方式进行脱硝自动优化。

方案一：分区测量、分区控制

1. 流场优化

增加动态导流格栅，实现动态控制。根据实际情况将SCR反应区分为4-6小的反应区，在A、B侧供氨母管后增设4-6个供氨调节阀，根据分区测量NOx及NH3浓度值对调阀开度进行适当调整，以达到维持最终出口NOx浓度在要求范围内。

2. 建立喷氨支阀与断面测点的对应关系

实现烟道断面测量的手段是采用多点测量技术，为有效的提高控制性能，通过对烟道分析，脱硝控制优化设备配置如下:分区测量8~ 12点、控制4 6个阀，同时采用串级控制、前馈—反馈控制将测量系统的响应时间控制在30s内；将分析仪表安装在就地保护柜内，缩短分析仪距离取样点的距离，缩短测量系统延时。

方案二：逻辑优化方式进行脱硝自动优化

脱硝自动逻辑存在如下问题：

1. 机组脱硝系统中的控制为单回路，其中控制的逻辑过于简单，很难适应火力发电机组各种运行状况的变化；

2. 发电机组的脱硝控制一般的被调量都是单一反应器出口氮氧化物，而实际选择性催化还原脱硝系统的出口氮氧化物的浓度与烟囱入口的量在静态与动态等方面都具有一定的误差，进而很容易影响考核结果；

3. 在实际火力发电机组脱硝控制策略中，基本上没有前馈作用，而只存在一定的前馈修正，基本很难在符合变动工况的情况下对氮氧化物实行有效的控制；

4. 发电机组脱硝系统的控制系统只是单纯固定摩尔比，这样的控制系统并没有考虑脱硝出口氮氧化物的浓度，不能准确确定控制脱硝出口氮氧化物的浓度，就会使相关运行人员在定值改变下做不到直观，在实际入口氮氧化物浓度比较低的情况下，就会造成脱硝控制达不到很好的效果；

5. 在启动和关闭磨煤机时，特别是开启与关机上层的磨煤机时，就会造成脱硝控制效果不理想，进一步影响氮氧化物的波动情况；

（6）在脱硝控制的逻辑中，一部分采纳数在系统调试的过程中，并没有实行详细的设置与整定工作，也会在一定程度上影响脱硝效果。

由于CEMS在线采集数据需要一定时间，因此SCR脱硝控制系统是一个大延迟，大惯性的控制对象。大延迟，大惯性的控制对象一般采用串级控制、前馈—反馈控制。采取将锅炉负荷或者烟气流量做为前馈信号，加强变负荷系统调节的及时性弥补反应器和CEMS取样的时滞。单回路+前馈控制方式此，出口浓度为目标值的单回路控制，负荷信号做为前馈，反应器出口NOx浓度为最终目标值。

主调控制回路不再修正摩尔比，而是根据出口NOx质量浓度与其设定值的偏差经PID调节输出，直接对计算出理论所需的喷氨流量进行修正。理论所需的喷氨流量则是由燃料量所计算出的烟气量乘以入口NOx质量浓度与出口NOx设定值之差，再乘以二者摩尔比得到氨气需求量

副调控制回路由主调回路修正后得到的喷氨流量，加上运行人员手动偏置量，作为副调的给定值，与喷氨流量测量值的偏差经过PID调节后输出自动控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小。为了减小系统迟延的影响，在控制系统中引入了变负荷前馈;另外，由于燃烧工况的变化会影响入口NOx质量浓度，当发现入口NOx质量浓度迅速上升，出口NOx质量浓度超过设定值时，调节已来不及，观察发现尾部烟道处烟气氧量测点，能提前反应入口NOx质量浓度的变化趋势，引入氧量信号作为前馈，来减少迟延与超调

正常情况下通过脱硝系统出口NOx质量浓度来调节喷氨调门开度，从而调节喷氨流量，当出口分析仪进行吹扫/标定时，闭锁主调PID运算，保持原输出，减少超调;当氨逃逸率超过2×10-6mg/m3，副调回路闭锁，防止过量氨的喷入。

参考文献：[1]火力发电机组火电厂脱硝控制策略及优化 【科技与管理】 2017 年 第 5 期 赵　硕