SNCR 脱硝控制系统优化

2018-07-05赵龙

中国水泥 2018年7期

赵龙

（合肥水泥研究设计院，安徽合肥 230051）

1 设计方案及运行情况

1.1 工艺方案

SNCR脱硝系统为新型干法水泥生产线配套建设项目，其工艺系统主要包括图1所示的氨水喷射系统和图2所示的辅助系统两部分。具体包括卸氨模块、氨水储罐模块、氨水输送模块、分配模块、氨水喷射模块、压缩空气模块。外购氨水运输至厂区后，通过卸氨泵将槽罐车内的氨水输送至氨水储罐，再通过氨水输送泵将氨水储罐的氨水输送至分配模块，通过分配模块来控制进入喷雾系统。此外针对氨水介质的特性，为了保证脱硝系统的安全稳定运行，还配套有辅助系统。

图1 氨水喷射系统图

图2 辅助系统图

本项目采用的是质量分数为20%的氨水，氨水储罐储量按满足至少5天以上需求量来配置。

1.2 脱硝控制系统

脱硝系统采用PLC控制，PLC选用的是西门子公司的S7-300系列产品。控制系统包含1套PLC、上位机控制系统及1台就地10寸触摸屏。PLC是与工艺、电气设备之间的接口，直接与现场设备相连接，承担各种信号的输入、输出及信号转换。上位机和就地触摸屏是控制系统的人机界面，它输入操作员的控制操作状态及给定值等信号，同时向操作员提供各种工艺、电气和自动化信息，实现人对生产过程的控制。PLC和操作站之间采用100M光纤工业以太网连接，传输速度快，可靠性高见图3。

此外，PLC控制器预留有与现有生产线DCS系统以及后期与其他系统连接用的Profibus-DP通信串口，供后期各系统之间的整合，来达到统一监控。

1.3 脱硝运行

脱硝系统利用质量分数为20%浓度的氨水直接喷入分解炉，系统的运行是根据烟气中的NOx的含量实时调节氨水输送泵变频器的频率来控制氨水的喷入量，从而控制NOx的浓度在控制范围以下。

图3 控制系统网络结构图

由于脱硝的运行需要根据烟气中的NOx的含量实时调节，而烟气量以及烟气中的NOx含量会随着生产线的原料、燃料、设备及操作员操作情况随时发生变化。在本系统中，在分解炉的四周均匀布置6支喷枪。当脱硝系统实际运行时，NOx含量降低，氨水喷入量随之减少，至系统稳定，当NOx继续下降时，氨水喷入量继续减少，当氨水喷入量降至72L/h以下时，会发现NOx不再下降，反而有上升趋势，脱硝效果不佳。经分析，系统所选用喷枪每支正常工作流量为12～500L/h，6支喷枪需要最低工作流量为72L/h，当低于此流量后，不能满足喷枪的工作要求，喷枪的雾化效果差，而氨水溶液的雾化效果以及氨水与烟气的混合均匀度直接关系到整个脱硝系统的脱硝效率。

2 改造方案

2.1 工艺改造（见图4）

由于当烟气中的NOx含量较低的情况下，单独喷20%浓度的氨水，喷射流量无法保证6支喷枪全部正常运行，故为了兼顾喷枪工作流量要求及NOx达标要求，需要在脱硝系统中增加除盐水系统，利用除盐水作为氨水载体，根据喷枪特性，先提供足够流量除盐水载体，至少可保证喷枪的正常运行，其后根据NOx的浓度来对氨水流量进行喷入控制。

2.2 控制系统优化（见图5）

工艺系统增加了除盐水系统，并且在控制系统中增加4个闭环控制。

图4 脱硝系统工艺改造图

图5 控制系统优化流程图

图6 实际运行控制界面

定流量控制1：以除盐水流量计的设定值来控制除盐水的调节阀开度。单支喷枪的正常雾化工作流量需求为12～500L/h，所以6支喷枪管道中至少需要维持72L/h的流量，才能确保喷枪的正常运行。

定流量控制2：以NOx浓度的设定值来控制氨水调节阀开度。定流量控制2是建立在除盐水使得喷枪正常雾化的工作基础上，即是建立在定流量控制1的基础上的，通过定流量控制2闭环控制使得NOx浓度始终控制在允许范围以内。

定压控制1和定压控制2：以氨水输送泵或除盐水输送泵与调节阀之间管道的压力的设定值来控制输送泵变频器的频率。通过管压压力的闭环控制，使泵与调节阀之间的管路压力达到操作人员设定的压力值，使管压稳定，可以为除盐水和氨水的稳定供给提供保证，同时对于除盐水输送泵和氨水输送泵的节能运行也是一个很好的控制方式。

在脱硝系统自动运行模式下，在整个系统条件具备的前提下，首先启动定压控制1，启动及控制除盐水输送泵，使得除盐水管道压力稳定至设定值，然后启动定流量控制1，通过除盐水定流量控制控制除盐水调节阀，达到喷枪正常雾化所需工作流量，等到喷枪稳定工作后再启动氨水投入，首先启动定压控制2，启动及控制氨水输送泵，使得氨水管道压力稳定至设定值，然后启动定流量控制2，通过氨水流量控制控制氨水调节阀，根据设定的NOx浓度值与NOx浓度实时反馈值比较，并实时调节氨水投入，直至整个系统稳定运行。图6为实际运行的部分画面。