垃圾焚烧烟气处理SNCR控制系统研究

王健生

摘要：文中结合垃圾焚烧发电烟气处理SNCR系统，介绍一种实用的SNCR氨水投加量的控制策略，通过锅炉出口NOx与烟囱出口NOx串级控制器，控制氨水投加从而减少氨的逃逸率。

关键词：SNCR；烟气处理；串级控制

中图分类号：TK32 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0001—02

1垃圾焚烧厂烟气处理SNCR工艺介绍

垃圾焚燒炉烟气中的大多数氮氧化物通过垃圾中的氮元素反应生成见图1。

当以氨水为还原剂时，其中反应方程可简单表示为：

上述反应的过程在温度窗口范围内才能有效，当温度超过温度窗口后，将重新生成NOx。

在850～1050℃温度窗口之间，使用压缩空气作载体，将还原剂氨水（NH₄OH）在喷嘴处雾化之后喷入焚烧炉，与炉内烟气反应，从而达到脱氮效果。

整个系统分为4个部分：氨水存储系统、氨水输送系统、氨水喷射系统和压缩空气系统。氨水通过输送系统输送至氨水喷枪，喷枪混合压缩空气进入锅炉第一烟道。氨水喷射系统采用喷枪，采用分层布置，分为上层和下层，每层分别布置氨水喷枪。该工艺采用直接喷射浓度25%氨水，不需要对氨水稀释到20%，减少系统结构。工艺流程见图2。

2 SNCR控制系统设计

针对SNCR工艺及控制要求，SNCR控制系统要实现以下功能：

（1）氨水存储罐区的监视和保护；

（2）氨水输送自动控制系统；

（3）氨水喷射自动控制系统；

（4）烟气排放指标监视和控制；

在垃圾焚烧厂中一般会有多条垃圾焚烧线，每条垃圾焚烧生产线都配置一套独立的氨水输送系统、氨水喷射系统及烟气排放监视系统，多条线共用一套氨水存储系统。因此SNCR控制系统控制站一般按如下方式设计：

（1）公用控制站负责氨水存储区控制。

（2）氨水投加控制站负责氨水输送、氨水喷射、烟气排放监视和压缩空气控制，该站的数量与垃圾焚烧线的数量一样。

控制系统结构见图3。

为了能够实现氨水投加最优化控制，与一般控制系统相比，专门在锅炉出口增加了氨气、NOx含量检测仪以及第一烟道出口红外温度检测仪，通过锅炉出口氨气检测和NOx检测仪快速调节氨水投加量从而达到控制烟囱出NOx排放的目的，控制系统根据红外温度调整氨水1层与2层的分配，整个控制系统能够显著减少氨水投加量，降低氨逃逸率。氨水投加系统烟气测点分布见图4。

现场控制器采用西门子S7-300 PLC系统，控制站控制程序采用STEP7软件，人机界面采用WINCC组态软件作为开发工具，整个控制程序采用结构化开发方式。

将计算机的编程算法和模块化、结构化的程序设计思想应用到PLC软件设计中，就可以对复杂的控制系统制定合理的总体设计方案，将工艺控制要求转变成能适合于编程的有限步骤，进行模块化编程。

3 SNCR控制原理

氨水投加控制策略是整个控制系统核心部分，该控制策略经过反复改进优化已经能够充分减少氨水投加量，有效减少氨逃逸率。

控制原理见图5。

该控制策略是一种串级控制，烟囱PID NOx控制器作为主控制器，根据给定值及烟囱NOx实际测量值偏差，控制器输出作为副锅炉出口PID NOx控制器的给定，通过主控制的输出及锅炉出口NOx实际测量值计算氨水实际投加总量。氨水分函数Balance f（T），根据第一烟道出口红外温度（T_IRPyrometer）实际测量值，设定1层与2层的氨水投加量。氨水流量控制器（PID Frequency）根据给定氨水量控制氨水变频器的工作频率实现恒流量控制。

控制策略由以下几个控制器组成：

（1）烟囱出口PID NOx主控制器。该控制器作为串级控制器的主控制器，以烟囱出口NOx作为控制目标。

（2）锅炉出口PID NOx副控制器。该控制器作为串级控制器的副控制器，该控制器的控制变量是锅炉出口NOx。

（3）氨水分层控制函数Balance f（T）。为了防止喷入炉内氨气过热燃烧多生产NOx，下层喷入的氨水缓慢反应至上层。上下层之间的平衡控制器通过锅炉第2通道的红外温度计测得的温度控制。

（4）氨水恒流量控制器（PID Frequency）。该控制器实现氨水泵的恒流量控制。

另外，整个控制器还受到温度窗口的控制，温度窗口温度检测点，选择第一烟道顶部的温度。当顶部温度在850～1050℃范围，投加系统投入运行，当温度超出温度窗口范围以外时，立即停止氨水投加，有效避免了氨水无效投加。温度窗口的控制通过控制压缩空气投加来间接实现。

4结束语

SNCR控制系统采用烟囱出口NOx控制为主、锅炉出口NOx控制为辅的串级控制策略，通过控制氨水投加量从而减少氨的逃逸率的自动控制方式，在我公司多个垃圾焚烧发电项目上应用效果良好，具有积极的借鉴意义。