烟气脱硝系统自动控制新技术研发与应用

张晶辉+王进+罗婷

【摘 要】论文针对烟气脱硝系统自动控制新技术的研发与应用，将从烟气脱硝系统的工艺原理入手，根据现有喷氨自动控制方案存在的问题及其分析，进而确定单回路加前馈信息控制相关参数。最后，论文对系统调试与优化试验过程展开论述，希望能为提升我国烟气脱硝系统自动控制技术研发及应用水平提供参考性建议。

【Abstract】According to the development and application of automatic control technology of flue gas denitration system， based on the technology principle of flue gas denitration system， paper determines the single loop and feed-forward control information related parameters based on the problems and analysis of the ammonia injection automatic control scheme， finally paper discusses the system debugging and optimization test process， hoping to provide reference to improving the development and application of automatic control technology of flue gas denitration system of China.

【关键词】烟气脱硝系统；自动控制；技术研发；应用

【Keywords】flue gas denitrification system； automatic control； technology research and development； application

【中图分类号】TK28 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0171-02

1 烟气脱硝系统工艺原理

脱硝系统（以尿素热解工艺为例）主要是由尿素溶液制备储存系统、高流量循环模块（HFD-PCV）、计量分配模块（MDM）、尿素热解系统、SCR装置、氨气混合气体分配系统等组成。主要分为SCR反应器系统，以及尿素制备热解制氨系统两个部分。其中，SCR反应器采用高尘区垂直布置方式，使烟气直接从省煤器经SCR反应器进入到空预器。尿素溶液由除盐水+尿素颗粒制成，由HFD-PCV输送到SCR区域，由MDM进行计量。经过其精确计量分配，满足脱硝用量后，喷入到热解炉。通过电站锅炉提供的热烟气，尿素溶液将热解成氨气，进而达到脱除锅炉烟气中氮氧化物的目的。

2 现有喷氨自动控制方案存在问题及分析

2.1 现有喷氨自动控制问题

现有喷氨自动控制问题，主要是机组负荷发生较快变化时，造成反应器出口NOx排放量与实际需求量不匹配。许多运行人员为了使喷氨系统将NOx控制在合理浓度范围内，经常人工开大氨调节阀，造成脱硝设备出口氨逃逸量排放超标，进而影响电站排放达标情况。

2.2 系统自动控制方案分析

脱硝系统喷氨自动控制方案，可从以下几部分进行分析。第一，系统单回路自动控制方式。该种方式是将NOx排放质量浓度及脱硝效率为被控量，主要有NOx排放浓度波动大、氨逃逸高等问题。第二，串级控制的方式。以NOx浓度作为外回路测量值，运行者给出环保要求设定值，但其测量进程若出现故障将无法正常运行。第三，串级回路加前馈信号控制方式。该方式是将其NOx测定值为被调量，同时将出口氮氧化物的浓度作为主调节器设定值。经过PID运算得到的喷氨量，进而生成指令调节喷氨调节阀。第四，单回路加前馈信号控制方式。根据烟气流量、NOx浓度设置，进而响应机组负荷带来的变化。

3 确定单回路加前馈信息控制参数

3.1 前馈信号分析确定

经分析，最终确定控制方案为单回路+前馈信号控制方案。机组稳定情况下，出口NOx浓度变化主要受尿素溶液电动门开度的影响，惯性时间足有180s，调门开度变化迟缓，入口NOx浓度及烟气量变化是主要前馈信号。机组变动工况下，截取锅炉负荷、烟气量等变化曲线15min，其惯性时间180s左右，调门开度变化迟缓，入口NOx浓度及烟气量变化是主要前馈信号。

3.2 控制组态与参数设定

为了便于闭环与开环控制方案效果的对比，控制指令试验后，其接口回路选择，需要通过加法算法块，以及分段线性算法块实现原开环及新闭环控制方案的有效结合，并对输出指令加以分析[1]。再通过参数设定，使开环与闭环变化保持统一，切换大致流程从k1=0 k2=1，到k1=1 k2=0。切换过程需要保证调门动作方向及幅度的正确性，避免扰动及振荡现象发生。

3.3 技术参数设置

技术参数设置主要包括三部分。其中，锅炉烟气量前馈参数确定是以6s为滞后时间，经过超前/滞后环节算法和分段线性发生器的运算，再以8s为滞后时间，与NOx设定值相乘，比例k=0.370修正后，经过加法器运算得到烟气量前馈函数，如表1所示。另外，入口NOx前馈函数确定，将滞后时间设置为2s，其前馈函数如表2所示。最后，参数设置中，机组负荷前馈函数参数情况如表3所示。

4 系统调试与优化试验

4.1 静态调试

由于电厂燃烧材料不同，引入的氮氧化物浓度也会具有一定差别。在氮氧化物质量及浓度设定值为85～90mg/m3条件下，需要对尿素量及调门开度参数进行完善。同时，根据尿素流量平衡原则，尿素溶液电动调节阀A控制锅炉负荷前馈的参数设置，与具体调整静态参数如表4所示。针对尿素流量数值偏低等问题，需保持原尿素前馈信号限制值不变，T2滞后时间设定为60s，进而降低调门阀的使用损坏程度。为提高脱硝控制系统的品质，氮氧化物的前馈信号。在此信号中，比较器算法块的输入信号判断如下：超前时间为2.5s时，LEAD/LAG1滞后时间为5s，LEAD/LAG2为15s。令入口NOx浓度增加，其喷氨量需求加大，控制指令增加。此时，前馈微分信号中的

f（x）2输出结果增大。另外，LEAD/LAG2输出需要小于LEAD/LAG1。对于2路输入信号，其LEAD/LAG2输出为负，LEAD/LAG1输出为正。

动态调整曲线参数设置过程，其具体分析如下：出口氮氧化物设定值为86与91mg/m3，延迟时间为186s，惯性时间为203s。比例带与积分时间按照kp=与Ti=0.8T两个公式进行计算，得出kp=162.4s。因此，PID参数的整定结果为：积分时间为170s，比例带为1.00，微分时间设定为0.0，微分增益为1，输出上线为30。原设计尿素前馈信号作用效果明显，可设置该信号数值输出模块Am，以此分析信号动作規律。

5 结语

只有通过喷氨自动控制新技术的研发，才能实现脱硝效率的提高，降低氨消耗量对尾部烟道的腐蚀影响。本文针对烟气脱硝系统自动控制新技术的研发与应用，从烟气脱硝系统的工艺原理入手，从现有喷氨自动控制问题、系统自动控制方案两方面进行了分析。接着，本文为确定单回路加前馈信息控制相关参数，对前馈信号、控制组态与参数设定、新技术参数设置等展开论述。最后，本文提出了系统调试与优化试验过程，分别包括静态调试、动态调试等重要内容。希望本文的研究，能为提升我国烟气脱硝系统自动控制技术研发及应用水平提供一份借鉴，进而优化喷氨自动调节品质。

【参考文献】

【1】陈鸿伟.燃煤电厂SCR烟气脱硝系统拦截滤网磨损与流动阻力实验研究[J].热力发电，2017（03）：70-76.endprint