600MW超超临界脱硝系统SCR供氨控制逻辑优化

吉海龙

摘 要：脱硝系统SCR出口NOx浓度控制回路采用串级控制系统，副回路根据当前的烟气流量、SCR入口NOx浓度和出口NOx设定值计算出大概所需氨气流量，主回路根据出口NOx设定值与实际值的偏差输出一个修正系数来修正副回路的设定值，形成闭环控制。脱硝系统SCR供氨控制逻辑优化，提高脱硝效率。

关键词：SCR；PID；NOx浓度；负荷前馈；模糊控制

1 概述

目前国内环保要求日趋严格，对企业排放标准提高，脱硝系统逐步成为火电厂必不可少的项目，SCR脱硝系统具有较高的脱硝效率，是大型火电机组脱硝系统改造的选择，目前对SCR脱硝系统的研究主要在物理原理、设备结构和运行方式方面，而事实上脱硝系统的自动控制也是至关重要。

SCR脱硝闭环控制策略基本设定为摩尔比控制方式，该控制方式下设定值为氨氮摩尔比或者脱硝效率，控制系统根据当前的入口烟气流量、SCR系统入口NOx浓度和设定氨氮摩尔比计算出NH3流量需求，通过流量PID调节器改变氮气阀开度调节NH3实际流量，比控制方式近似于开环控制，脱硝系统NH3需求量仅根据静态物理特性计算得出；部分电厂总结固定摩尔比控制方式不足，采取固定SCR出口NOx浓度控制方式，此时系统设定值为SCR出口NOx浓度，并根据其与实际出口NOx浓度的偏差来动态修正氨氮摩尔比，达到闭环控制SCR出口NOx浓度的效果。

2 河源电厂SCR脱硝系统现状

河源电厂SCR出口NOx浓度控制回路采用串级控制系统，副回路根据当前的烟气流量、SCR入口NOx浓度和出口NOx设定值计算出大概所需氨气流量，主回路根据出口NOx设定值与实际值的偏差输出一个修正系数来修正副回路的设定值，形成闭环控制（如图1所示）。

3 SCR供氨控制逻辑优化

3.1 升降负荷时，入口NOX浓度瞬时变化大

通过查询曲线发现，升负荷时，入口NOX浓度降低，对控制回路未造成影响。但在降负荷情况下，入口NOX浓度迅速升高。据现场实验结果，出口NOX浓度延时变化约2-3分钟，呈典型的大滞后特性。当出口NOX开始变化时，控制回路调节时机已经错过，就会出现出口NOX浓度一直上升超限。

解决方案：由于副回路的控制特点是动作快，因此选择在副回路上增加负荷前馈，取协调负荷变动量作为依据，根据调试确定一个F（X）函数关系，输出数值叠加在副调节器的设定值上（如图1红框所示）。负荷变动量为目标负荷与实际负荷的差值，在降负荷时，反应迅速，在降负荷初期就将补偿供氨量叠加至副回路的设定值上，从而消除了负荷扰动对供氨控制系统的干扰。

3.2 SCR入口CEMS定期在线校准

CEMS系统本身具有定期在线校验功能，周期为1H，每次校准10分钟。在校验期间入口与出口NOX浓度会维持当前值不变。

入口NOX浓度不变会影响到副调节回路的设定值变化，例如在降负荷时，实际NOX浓度会迅速升高，但是在校准期间浓度维持不变，造成副调节回路不参与控制，进而影响主调节回路的控制。

解决方案：河源电厂每台機组SCR分为A＼B侧，每一侧有自己独立的控制系统，烟气经过省煤器后进去A＼B两侧脱销系统，因此两侧有一定的相似性。结合这个特点，经过对A＼B侧入口NOX浓度变化曲线进行对比，发现两侧的入口NOX浓度偏差很小，且两侧入口CEMS基本不会同时校准。基于以上分析，在入口CEMS校准期间，将两侧入口NOX浓度进行切换，即A侧校准时将A侧的入口NOX浓度切换至B入口NOX浓度。这样就降低了入口CEMS校准造成副调节回路的扰动。

3.3 SCR出口CEMS定期在线校准

出口NOX浓度不变会影响到主调节回路的控制，此时主调节器的反馈至失真，不能反映实际的出口NOX浓度，主调节器失去调节功能，更坏的情况是可能造成串级控制回路向极端方向发展。例如，在出口CEMS校准时，设定值与反馈值存在偏差，那么主控制器输出就会一直变大或一直变小，反映在调门上就是一直开或一直关，势必会造成出口NOX浓度要么很小，氨逃逸率增加，要么很大，超出环保要求指标。

解决方案：在出口CEMS校准时，我们采用模糊控制策略，不在依据原有的串级控制系统对供氨阀门进行控制，而是给定阀门一个固定开度（如图1红框所示），无需出口NOX浓度实际值反馈，行成一个开环控制。此时，给定阀门开度由入口NOX浓度与入口烟气流量乘积来决定。通过查询曲线，确定在不同负荷下入口NOX浓度与入口烟气流量乘积数值所对应的阀门开度。

经过以上对控制逻辑的优化，现在两台机组烟囱入口NOX浓度可达到环保要求。

4 结束语

采用负荷前馈，消除了PID调节对于脱硝系统氨气反应滞后问题，切换入口NOx浓度，解决了在CEMS校准中，无法正常调节的问题，旁路运行模糊控制，有效地提供了自动调节的依据，增强了系统自动运行的能力，提高了脱硝效率，达到了节能减排的效果。

参考文献

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