变参数串级控制在脱硝自动中的应用

党阿娟

摘 要：大容量火电机组基本采用SCR脱硝装置，针对脱硝系统具有延迟、大滞后等特性，采用了串级变参数的控制策略来适应SCR反应的特性，使脱硝自动投入率和投入效果得到很大程度的改善。

关键词：选择性催化还原SCR；控制策略；变参数；NOX

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.167

1 概述

大唐宝鸡热电厂脱硝采用选择性催化还原反应SCR，每台锅炉布置两台SCR反应器，烟气从锅炉省煤器后烟道引出。通过SCR反应器进行脱硝反应，再送至空气预热器前烟道，SCR反应器本体内装有蜂窝壮催化剂，混合好的烟气与氨进入反应器本体后，在催化剂的催化作用下烟气中的NO与氨进行氧化还原反应，生成氮气和水。

2 脱硝自动控制存在的问题及原因分析

（1）原设计为设定值与实际出口NOx浓度动态偏差进行调节的单回路控制系统。机组在负荷波动引起NOx浓度、烟气流量扰动，排入大气 NOx超标。

（2）单回路控制系统未考虑到SCR反应系统具有大滞后特性。PID调节超调现象严重，反应器出口氨逃逸偏大，氨耗高，增加运行成本，且逃逸的氨在空预器中与SO3生成硫酸氢氨，由于硫酸氢氨物理性质较粘，附着在空预器换热板上，造成空预器堵塞。

3 控制策略制定及实施

根据脱硝SCR系统具有大滞后、有自平衡等特性，采用串级变参数的控制策略。主调直接来调节反应器出口NOX标态值，出口NOX设定值和测量值的差值计算出所需氨气流量的变化量；副调来调节所喷射的氨气流量，利用氨氮摩尔比原理，SCR 入口NOX浓度和设定氨氮摩尔比计算出氨气流量，主调计算出的氨气流量的变化量做为副调的设定值，氨气流量设定值与实际氨气流量差值计算出阀门开度。下图为带修正的脫硝串级调节回路：

3.1 理论氨气流量的计算

脱硝主要的反应机理是：通过在合适的温度下向有催化剂的反应器里喷入的适量的氨，其会产生如下的化学反应：

4NO + 4 NH3+O2 →4N2+6H2O 2NO2 + 4 NH3 +O2 →3N2+6H2O

3.2 调节器参数整定

（1）变参数的应用：由于脱硝系统喷氨和反应器出口NOX的变化是典型的大滞后被控对象。调节器参数设定过强，只要反引起出口NOX与设定值有偏差，氨气流量波动大，致出口NOX很难稳定；调节器参数设定过弱，当出口NOX与设定值相差较大时，调节器需要很长的调节时间，会导致反应器出口NOX超过国家环保标准值或反应器出口NOX长时间维持在低限。这两种情况的耗氨量都高。采用变参数调节器来适应SCR反应系统的大滞后特性。

国家环保要求脱硝出口NOX不能超过50mg/Nm3 ，运行将脱硝出口NOX设定在20mg/Nm3 -40mg/Nm3 之间。

（2）副调节器通过调节阀门开度调节氨气流量，主要消除负荷变化、氨气流量波动、煤质和燃烧引起反应器入口NOX浓度变化等原因引起的扰内，为是粗调，要求动作快。要求调节器参数相对强（比例带180，积分时间150）。

（3）喷氨自动控制回路安全措施设置：当出口NOX浓度大于45mg/Nm3时，执行机构的手操器将闭锁关指令。当喷氨调节阀投入自动时，为了防止异常工况下，调节阀门全关和全开，调节阀指令上限90%，下限10%。为了防止积分饱和，副调输出上限80%，下限10%，主调输出上限88t/h，下限20t/h。

（4）为了防止脱硝投入条件不具备或脱硝跳闸后有氨气喷入反应器。当反应器跳闸、烟气温度低于300℃或喷氨关断阀已关时强制关闭对应的喷氨调节阀。

4 应用效果

（1）串级变参数的控制策略在我厂脱硝自动中中，脱硝自动的运行品质较之前单回路控制策略有了明显的改善，在系统稳定负荷、变负荷、煤质变化及烟气流量波动的条件下减小了反应器器出口NOX控制在合理的范围之内。

串级变参数的控制策略使用，使喷氨自动控制系统可以稳定投入。脱硝投入率从不到30%提高至98%以上。脱硝自动系统稳定，动静态偏差均符合脱硝自动要求。

（2）优化前反应器出口NOX随入口NOX波动大，氨逃逸率平均在1.5ppm，自动投入率不到30%；反应器出口NOX动态偏差为12 mg/Nm3。优化后稳态偏差为6 mg/Nm3，氨逃逸平均0.5ppm。

氨耗占脱硝成本的50%以上，控制方案实施后，机组运行半年，空预器进出口差压始终保持在1kPa以下。

5 结论

串级变参数和理论氨气流量作为副调的串级控制策略的使用，解决了脱硝反应系统有大滞后给控制系统带来的影响，加强了控制系统抗扰能力，使喷氨自动控制系统可以稳定投入，投入率提高至99%以上。大幅度的减少了氨气消耗量，也保证了空预器的正常运行。

参考文献：

[1]DL/T774-2015.火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S].endprint