火电厂脱硝系统供氨阀门自动控制的调试及问题研究

朱愉洁，李 波，吴 宇

(内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)

火电厂脱硝系统供氨阀门自动控制的调试及问题研究

朱愉洁，李 波，吴 宇

(内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)

火电厂脱硝系统供氨阀门自动控制问题是系统调试中存在的问题之一，处理不善易带来喷氨过量和设备运行安全隐患，并增加运行人员工作负担。介绍火电厂脱硝系统供氨阀门的调试过程，提出了调整阀门控制策略和改进措施。

脱硝系统；供氨阀门；自动控制；喷氨过量

1 概述

某燃煤电厂2×330MW工程配套建设脱硝装置采用选择性催化还原法(SCR)工艺，即在装有催化剂的反应器里，烟气与喷入的氨在催化剂的作用下发生还原反应，生成无害的氮气和水，实现脱除NOx的目的[1-4]。本工程的SCR装置主要分成两大系统：布置于锅炉尾部的SCR系统和远离主厂房布置的氨制备系统。其中，SCR系统反应器装置布置在锅炉省煤器与空预器之间，为高温高尘布置；氨制备系统与周边厂区建筑物保持一定的安全防护距离。氨制备系统制备的气态氨沿厂区管架的气态氨管道送入SCR区域，由喷氨格栅(AIG)系统注入到SCR入口烟道中。每台锅炉机组配2台SCR反应器，所有脱硝反应器共用1套氨供应系统。

系统主要的设备有：催化反应器(反应器)、反应器进口烟道、出口烟道、蜂窝式催化剂、蒸汽吹灰器、烟道膨胀节、主要测量仪表(如NOx/O2分析仪、氨逃逸检测装置、变送器等)。烟气经省煤器出口进入反应器进口烟道，再经AIG、烟气/氨气混合器、均流板、反应器催化剂层和反应器出口烟道，最终进入空预器。其中，两个催化反应器为对称布置，各处理省煤器出口的两路烟气，催化反应器为竖直布置，烟气流向为竖直向下。为了防止烟气中的飞灰在催化剂上沉积，堵塞催化剂孔道，在每层催化剂上装有3个声波吹灰器，吹灰介质为过热蒸汽。

2 供氨自动控制系统调试

2.1 调试过程简介

供氨自动控制系统主要依靠供氨管道上自动控制阀门调节实现。

当供氨系统和稀释风机都按要求运行后，首先要观察烟气温度和燃烧工况。核实氨气压力为设计值，氨装置和所有仪表就绪无异常后，以SCR出口NOx含量为标准进行调节。手动缓慢调节流量控制阀将氨流量调节到3%～5%的开度进行喷氨。待系统运行平稳后逐步增大流量调节阀，当氨流量调整到预定流量的50%后，测量出口NOx含量和NH3含量。若出口NH3含量低于3μL/L，则以80%预定流量的氨气量注入。若出口NH3含量大于3μL/L，则根据分配箱上流量分配蝶阀前后的差压计调节AIG的喷氨量，直至出口NH3含量低于3μL/L。根据出口NOx含量和NH3含量，直至脱硝效率达到50%。此时将控制阀门切到自动控制状态。

2.2 自动控制过程

本阀门的控制过程为：SCR系统采用了串级PID加前馈的控制策略，通过原烟气中NOx浓度乘以NO2和NO的摩尔比计算出NO2含量作为串级PID控制前馈；为了防止氨逃逸对控制造成影响，将SCR烟气脱硝系统出口烟气中的NO2的含量(计算方法同前馈部分的NO2的含量)作为主调PID的测量值，目标NOx浓度作为设定值，前馈和主调PID共同叠加后生成NO2的浓度，NO2浓度乘以烟气流量得到NO2的流量信号，该信号乘以所需氨氮摩尔比就是基本氨气流量信号，此信号作为给定值送入副调PID控制器与实测的氨气流量信号比较，由PID控制器经运算后发出调节信号控制SCR入口氨气流量调节阀的开度以调节氨气流量。SCR脱硝系统供氨自动控制流程如图1所示。

由于SCR系统存在明显的NOx反应器催化剂反馈滞后和NOx分析仪响应滞后的问题，系统采用了实际机组负荷来预测烟气流量。

图1 供氨自动控制流程

2.3 出现的问题及解决建议

在实际运行过程中，当机组出现入口NOx波动较大或机组负荷低的情况，该自动控制会出现调节不及时的情况，易造成喷氨过量，给后续设备带来安全隐患，因此只能以手动调节代替。为了解决这一问题，结合现场经验提出以下改进建议：

(1)控制策略。因为主汽流量信号变化超前于实际机组负荷信号变化，因此可以采用主汽流量信

号代替实际机组负荷信号来预测NOx变化，减少控制响应时间；根据氨流量采取变PID参数调节[5]；前馈部分加入NOx浓度变化的微分作用。

(2)减小阀门死区或更换阀门。调节阀的摩擦力和游移是造成阀门死区的重要原因之一，由于本脱硝系统大部分调节式控制的动作是由小信号改变(1%或更小)组成的，一个有超大死区的调节阀不会对小信号改变作出响应；因此可以通过加强阀门的日常维护和检查，降低阀门摩擦力；调节放大器等方式来减小阀门死区[6-7]。

3 结语

分析了脱硝系统供氨阀门自动控制在调试过程中出现的问题，提出了可以分别通过对控制系统和阀门进行调整的解决方案，这些方案可以作为提升阀门自动控制能力的参考，有助于增强脱硝系统自动控制的可靠性和系统可调性。

[1]王文选,肖志均,夏怀祥.火电厂脱硝技术综述[J].电力设备,2000(8):2-5.

[2]王文选,赵继海,周建锋,等.600MW燃煤机组SCR脱硝工程设计特点[J].电力科技与环保,2010,26(1):49-52.

[3] 贾海娟.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力科技与环保,2012,28(6):10-11.

[4] 尤良洲.燃煤机组SCR装置运行现状调查及存在问题分析[J].电力科技与环保,2015,31(6):36-38.

[5]王德进.一种确定PID参数稳定域的图解法[J].控制与决策,2007,22(6):663-666.

[6] 王 芹,张天平.基于动态面的自适应模糊输出反馈控制[J].系统工程与电子技术,2009,31(3):646-652.

[7] 刘 璟,梁昔明.一种结合数值优化的PID控制器的设计与仿真[J].计算机技术与发展,2007(4):30-32.

2017年世界环境日主题

2017年6月5日是世界环境日，今年的世界环境日主题为“人人参与 创建绿色家园”，旨在动员引导社会各界着力践行人与自然和谐共生和绿色发展理念，从身边小事做起，共同履行环保责任，呵护环境质量，共建美丽家园。

2017年世界环境日中国主题为“绿水青山就是金山银山”，旨在动员引导社会各界牢固树立“绿水青山就是金山银山”的强烈意识，尊重自然、顺应自然、保护自然，自觉践行绿色生活，共同建设美丽中国。

Research on debugging and controlling for automatic ammonia gas supply valve of denitrification system in coal-fired power plant

Automatic controlling for ammonia gas supply valve of denigration system is one of the common problems during debugging. Mismanagement will bring excess ammonia spray, equipment operating safety hazard and increase the operating personnel workload easily. It describes the debugging process of ammonia gas supply valve. Some improvement suggestions are proposed to adjust the valve control strategies and reduce dead-zone valves.

denitration system; ammonia gas supply valve; automatic control; spraying ammonia excess

X701.7

B

1674-8069(2017)03-040-02

2016-11-09；

2016-12-24

朱愉洁(1983-)，女，硕士研究生，工程师，专业从事电厂化学、环保技术支持开发工作。E-mail：nmdkyzyj@sina.cn