燃煤机组脱硝自动调节控制分析

摘 要： 在SCR脱硝系统运行中，氨气的喷入量应根据SCR反应器出口NOx浓度及保证的脱硝效率通过喷氨调节门进行调节，喷氨量少会使脱硝效率过低，过大容易导致氨逃逸率上升生成硫酸氢氨造成空预器堵塞，影响催化剂寿命，且经济性降低较多。本文简述在保证脱硝效率，满足出口NOx浓度超低排放要求的基础上，降低喷氨量并减小氨逃逸的措施。

关键词：超低排放；SCR；脱硝效率；氨逃逸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.050

1 引言

河北衡丰发电有限责任公司#1-4机组于2013年进行了低氮燃烧器+SCR技术脱硝项目改造，2015年对锅炉原配套SCR脱硝装置除保留原有两层催化剂的基础上，又增加了第三层催化剂。脱硝工艺采用选择性催化还原法，从锅炉省煤器来的烟气，经SCR中的多层催化剂将烟气中的部分NOx催化还原为N2和H2O。

2 SCR脱硝控制系统概述

2.1 氨区氨气出口压力控制

氨系统投入运行后，通过蒸发器氨液入口调节阀控制氨气出口压力，为单回路控制。考虑实际变负荷时氨气流量变化较大，为了维持压力稳定，在控制回路中加入了主蒸汽流量指令信号的前馈作用，以实现优先调节压力，完善其后的氨流量控制。

2.2 氨气流量和出口NOx浓度控制

SCR烟气脱硝控制系统利用NH3/NOx摩尔比提供所需要的氨气流量，使用烟气进口NOx浓度和烟气流量（用主蒸汽流量信号计算）的乘积得到。基本的NOx含量，再乘以NH3/NOx摩尔比便可得到氨气理论量，出口NOx浓度控制对NH3/NOx摩尔比加以修正（对氨气需求量的修正）并参与控制，最终得到氨气流量的目标设定值。SCR控制系统根据计算得出的氨气需求量信号通过控制氨气阀开度，实现脱硝自动控制。

3 SCR系统运行中存在的问题

脱硝喷氨自动调节系统自投产以来时常出现跟踪慢、过调的现象，造成NOx超标、氨逃逸升高等问题，影响了机组的可靠性以及经济性。

3.1 喷氨自动调节效果差

因喷氨自动调节的喷氨理论值计算根据反应器入口的工况，存在一定的不及时性、调门特性存在一定的死区、SCR脱硝反应过程所需一定的时间等原因造成的延时滞后。在实际应用中采用这种控制策略容易造成超调过调、系统震荡，造成环保数据超标或氨逃逸过量。

3.2 锅炉SCR出口NOx与脱硫进口NOx存在偏差 。

脱硝装置在设计阶段虽然安装了导流板，进行烟气流场优化，但由于调试阶段对喷氨格栅调整不均匀。在锅炉实际运行中脱硫进口NOx值与SCR出口NOx值存在偏差。出口浓度分布均匀性差，除了烟气流场不稳定外，喷氨的不均匀性是主要原因。

4 SCR系统喷氨自调效果差原因

4.1 SCR喷氨量控制系统属于大迟延系统

在保证探头、气缆、分析仪表等测量环节均运行正常情况下，对于A、B侧出入口NOx，在就地探头处将至CEMS小间的取样气缆管拔掉，对于A、B侧的出口NOx，纯迟延时间约180秒左右；对于A、B侧的入口NOx，纯迟延时间约190秒左右。

4.2 SCR喷氨量控制系统具有非线性

由于受脱硝反应器催化剂特性的复杂影响，即使在锅炉负荷已确定的条件下，出口NOx浓度也会有较大波动。喷氨量控制系统属于非线性的控制系统。

4.3 SCR入口NOx波动大

对于投入ADS机组而言，当锅炉负荷增加时，由于燃料量与风量变化不协调，由过量空气系数减小抑制了燃料型NOx生成。但是，随着锅炉燃煤量的增加，炉膛温度升高增加了热力型入口NOx的生成。因此，入口NOx浓度变化与机组负荷变化密切相关，且负荷变化越快，入口NOx浓度变化也越剧烈。

4.4 启停制粉系统对入口NOx影响

在启动制粉系统时会造成反应区入口烟气温度偏高，温度升高使得NH3和O2的反应加剧，会导致烟气中NOx增加；低负荷或停运一套风机时会造成入口烟气温度偏低，所以启停制粉系统会对入口NOx浓度造成一定波动。

4.5 CEMS仪表标定影响

CEMS仪表标定时间长达10分钟，标定期间SCR入口NOx参数每分钟波动200-300 mg/m3 。

5 SCR系统自调控制改进

将参与控制的控制量如出口氮氧化物设定值、喷氨量、调门开度反馈、脱硝进出口氮氧化物浓度、机组负荷、总风量等实时运行参数通过DCS系统对喷氨调阀进行控制。单从供氨调阀的自动回路优化效果不佳。考虑从协调控制入手，降低脱硝反应器入口NOx含量的突变。为减少AGC方式下，小负荷段工况下燃料量频繁加减造成入口NOx的波动，负荷变动在20MW以内协调控制回路中取消负荷变化前馈参数。

5.1 烟气流量修正

目前用单侧引风机电流与左、右两侧引风机电流和之比与主蒸汽流量生成的函数得出，此函数由不同负荷时氨气流量、出口和入口NOx计算得出。

5.2 出口、入口NOx标定情况处理

现场最初设计出口、入口NOx自动标定间隔为2个小时，将出口、入口NOx吹扫间隔修改为4小时。由于每次吹扫时数据保持10分钟不变，须采取合适的策略来保证吹扫时出口NOx控制的及时性，在出口NOx标定吹扫时主调输出跟踪脱硫侧NOx调节。在入口NOx标定吹扫时采用对侧数值调节。之前我们已将SCR出口NOx与脱硫静烟NOx标定和SCR入口左、右两侧NOx标定时间错开。

5.3 喷氨流量的准确性

（1）在实际氨流量频繁堵塞无法测量时，使用氨调门开度和氨母管压力建立模拟喷氨流量控制逻辑。（2）为尽量减少流量计的堵塞可能性，在流量计前加滤网，并定期清理；（3）增加调门及流量计旁路，定期校验流量计；（4）冬季时氨气管路增加一段至锅炉外部烟道加热，其中氨气管道安装旁路阀门，保证氨气出口温度可调，对后部阀门、流量计运行无影响。

5.4 主回路被调量的修正

判断出口NOx实测值与出口NOx设定值的偏差的变化方向及变化速度，当偏差较大超过某一值且偏差变化速度较快时，主调变积分时间和比例系数运行。

5.5 影响入口NOx前馈信号

为了达到更好的控制效果，需要选取前馈量提前反应入口NOx濃度的变化。所以，入口NOx浓度的预测值整定至关重要。

（1）启停制粉系统时对入口NOx影响值的预测。在启停制粉系统时，入口NOx波动较大。选取四台排粉机的运行信号，把排粉机电流变化转化为氨流量理论值提前增加或减少一定的数值来预测入口NOx的变化。

（1）氧量前馈对入口NOx值的预测。当判断氧量变化率较大时，提前喷氨或者减氨。由于氧量的超前（近2分钟时间），可以提前克服入口NOx大副度变化时引起的出口NOx超标。

6 应用效果

从上图可知，当机组负荷从210MW（16：30）升至251MW（16：36）时，入口NOx从741mg/m3升至892 mg/m3，出口NOx一直在设定值96 mg/m3附近波动，最高至145 mg/m3，可见在机组升负荷工况下出口NOx控制稳定。

7 结束语

SCR脱硝喷氨系统控制策略充分考虑机组负荷变化、磨启停、仪表标定等外部影响因素。实际运行参数说明，在系统仪表校验标定、快速变负荷、启停制粉系统等工况下，出口NOx浓度均可得到很好的控制。降低了运行人员的劳动强度，解决了喷氨自动常规PID控制超调量大、系统震荡的难题。也解决了脱硝系统过量喷氨的问题，每天可节约液氨1吨左右，同时减轻了空预器堵塞情况。

参考文献：

[1]王飞.600MW机组烟气脱硝工程方案选择及设计优化[D].华北电力大学硕士学位论文，2013.

[2]赵乾.SCR烟气脱硝系统模拟优化及喷氨量最优控制[D].重庆大学硕士学位论文，2012

作者简介：许红彬，男，河北衡水人，本科，工程师，主要从事发电厂热控检修技术管理工作。