田金剛 梁秀滿

摘 ?要：文章介紹了遷安熱電公司1×220 MW超高壓、雙抽凝汽式汽輪機組煙氣脫銷系統(tǒng)主要工藝流程及、脫硝系統(tǒng)控制方式及熱工自動化設(shè)備配置，利用固定摩爾比及PID計算方法，控制供氨門，使遷安熱電公司污染物煙氣排放濃度達到國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：氮氧化物;脫硝技術(shù);SCR;過程控制;200 MW機組

中圖分類號：X773 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0046-02

1 ?煙氣脫硝處理歷史背景

2011年7月29日，國家環(huán)保部發(fā)布新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，對煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值提出了全球最嚴格的要求，要求現(xiàn)有機組在2014年下半年實現(xiàn)達標(biāo)排。其中，二氧化硫排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的400～1 200 mg/Nm3調(diào)降到50～400 mg/Nm3;煙塵排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的50～200 mg/Nm3調(diào)降到20～30 mg/Nm3;氮氧化物排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的450～

1 500 mg/Nm3調(diào)降到100～200 mg/Nm3。

2 ?SCR脫硝工藝原理及系統(tǒng)組成

選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）的基本原理即通過向煙氣中噴入氨（NH3）作為還原劑將煙氣中的氮氧化物（NOX）還原成氮氣和水。

根據(jù)遷安熱電公司廠區(qū)總平面布置的規(guī)劃，脫硝劑制備區(qū)域布置在#1電除塵東側(cè)。鍋爐鋼梁構(gòu)架在尾部煙道脫硝預(yù)留空間安裝脫硝設(shè)施。脫銷系統(tǒng)包括煙道、SCR反應(yīng)器、催化劑、氨噴射系統(tǒng)、吹灰、液氨貯存和制備系統(tǒng)及控制系統(tǒng)7個部分。SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3 ?脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計

遷安熱電公司脫硝控制系統(tǒng)由兩部分組成：單元機組脫硝SCR區(qū)遠程控制站和液氨貯存和制備系統(tǒng)遠程控制站。主要監(jiān)控項目有：脫硝反應(yīng)器SCR監(jiān)控;脫硝公用系統(tǒng)監(jiān)控;脫硝島電氣系統(tǒng)監(jiān)控;煙氣檢測、成份分析;SCR反應(yīng)器吹灰系統(tǒng)監(jiān)控。

脫硝SCR控制系統(tǒng)采用日立H-5000M分散控制系統(tǒng)，硬件選用HISEC04-M/R600C連接控器。脫硝SCR區(qū)工藝控制系統(tǒng)作為單元機組DCS系統(tǒng)的一個子站分別納入到單元機組DCS系統(tǒng)進行監(jiān)控，運行人員直接通過集控室中單元機組DCS操作員站完成對脫硝SCR系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備的監(jiān)控，新增脫硝SCR系統(tǒng)通過主機現(xiàn)有工程師站進行畫面組態(tài)及邏輯組態(tài)。

氨制備與供應(yīng)系統(tǒng)區(qū)的控制PLC控制系統(tǒng)加上位機控制方式。PLC主機采用雙機熱備，冗余的電源模件，數(shù)據(jù)總線采用冗余結(jié)構(gòu)，以冗余通訊方式接入全廠輔助控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，由全廠輔助控制系統(tǒng)的操作員站完成對氨制備與供應(yīng)系統(tǒng)區(qū)設(shè)備的監(jiān)控。脫硝氨區(qū)控制系統(tǒng)硬件采用施耐德Modicon QUANTUM PLC控制系統(tǒng)，增加一臺操作員站兼工程師站。氨區(qū)控制系統(tǒng)組態(tài)圖上位機系統(tǒng)監(jiān)控軟件應(yīng)為iFIX軟件包，配套提供操作系統(tǒng)編程和組態(tài)。

4 ?熱工自動化功能

脫硝工藝系統(tǒng)SCR區(qū)采用與機組DCS一體化配置的控制系統(tǒng)，納入單元機組DCS系統(tǒng);并由機組DCS操作員站CRT實現(xiàn)對脫硝SCR區(qū)的監(jiān)控，其功能包括：數(shù)據(jù)采集（DAS）系統(tǒng);模擬量控制（MCS）系統(tǒng);順序控制（SCS）系統(tǒng)。

4.1 ?數(shù)據(jù)采集（DAS）系統(tǒng)

脫硝控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)連續(xù)采集和處理所有與脫硝系統(tǒng)有關(guān)的重要測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號。

DAS基本功能具有過程變量輸入掃描處理、固定限值報警處理并可報警切除、顯示數(shù)據(jù)功能。

4.2 ?模擬量控制（MCS）系統(tǒng)

SCR反應(yīng)器氨氣流量控制，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)氨氣流量控制按照固定摩爾比控制邏輯進行設(shè)計。固定摩爾比控制：SCR反應(yīng)器入口的NOx濃度乘以煙氣流量得到NOx信號，該信號乘以所需NH3/NOx摩爾比就是基本氨需量信號，此信號作為給定值送入PID控制器與控制器修正后的氨氣流量信號的偏差來控制氨空混合器前調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)氨空混合氣流量。

液氨蒸發(fā)器水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過控制進入蒸發(fā)器的加熱蒸汽量實現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)水浴溫度的恒定。水溫設(shè)定值（根據(jù)工藝系統(tǒng)確定）送入PID控制器與實測值比較后輸出調(diào)節(jié)信號控制液氨蒸發(fā)器入口蒸汽門的開度調(diào)節(jié)水浴溫度（60 ℃），使氨氣至緩沖槽能維持一定的溫度（40 ℃）和壓力。

氨氣緩沖罐壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器入口的壓力調(diào)節(jié)閥控制氨氣緩沖罐的壓力，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的供氨壓力（0.15 MPa）。

4.3 ?順序控制（SCS）系統(tǒng)

脫硝系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)根據(jù)工藝的要求實行分級控制，分級原則如下：

①驅(qū)動級控制：作為自動控制的最低程度。

②子組級控制：一個輔機為主及其相應(yīng)附助設(shè)備的順序控制。

③功能組級控制：整個煙氣脫硝系統(tǒng)啟/停的自動控制并對子組發(fā)出控制命令。

4.4 ?聯(lián)鎖保護

SCR系統(tǒng)設(shè)計有必要的聯(lián)鎖保護，以保證系統(tǒng)能安全、可靠地運行。當(dāng)脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)下述任一情況時，自動解列脫硝系統(tǒng)（SCR跳閘）：

①反應(yīng)器入口溫度高;

②反應(yīng)器入口溫度低;

③稀釋空氣流量低;

④氨空比例高;

⑤稀釋風(fēng)機跳閘;

⑥氨氣母管供氨壓力低;

⑦鍋爐MFT。

4.5 ?脫硝輔助控制系統(tǒng)

煙氣檢測和分析是脫硝系統(tǒng)重要組成部分。煙氣連續(xù)監(jiān)測裝置采用直接抽取法的測量儀表，測量系統(tǒng)由取樣、檢測、校準(zhǔn)標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集等部分構(gòu)成。SCR反應(yīng)器出口NH3逃逸率的檢測采用直插激光法，均可以保證其測量精度和實時性。SCR反應(yīng)器出入口NOx、O2直接抽取法。液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，當(dāng)檢測器測得大氣中氨濃度過高時，向輔控操作員站發(fā)出警報。

5 ?固定摩爾比控制調(diào)節(jié)原理

脫硝系統(tǒng)噴氨量的控制方式主要有兩中：一為固定氨氮摩爾比控制方式，另一種為出口NOx定值控制方式。遷安熱電公司采用固定摩爾比控制控制方法。

氨氣流量=氣體流量×氮氧化物濃度×摩爾比

由鍋爐空氣流量到煙氣量的計算與出口NOx常量控制方法的計算方法相同。脫硝系統(tǒng)最低投運負荷為50%，此負荷率可不用投油助燃，因此鍋爐煙氣流量最終可依據(jù)煤質(zhì)分析結(jié)果計算煙氣流量。NOx流量信號。上述煙氣流量（DFGA）乘以反應(yīng)器入口NOx濃度是計算出的NOx流量信號。

E（NOx流量信號）=DFGA（煙氣流量）×D（入口NOx濃度）

函數(shù)發(fā)生器FG1是用來把鍋爐空氣流量轉(zhuǎn)化出NOx濃度（A），具體函數(shù)可根據(jù)運行參數(shù)擬合。摩爾比能從脫硝效率計算得出，具體定值可在調(diào)試時確定。

G（所需要的NH3流量信號）=E（NOx流量信號E）×（固定摩爾比）

凈氨氣的流量通過氨氣噴射母管的溫度和壓力修正。當(dāng)溫度差在高低溫度周期改變很大并且當(dāng)壓力變化很大時，誤差增加。超前-滯后預(yù)噴氨控制，為了修正NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后，超前-滯后預(yù)噴氨預(yù)噴射氨氣實施如下：煙氣流量信號（DFGA）被用作負荷變化信號。對于負荷變化信號有必要采用一個盡可能迅速的預(yù)測NOx變化的信號。在某些情況下，也可用發(fā)電量需求信號、主蒸汽流量信號，這些信號比煙氣流量信號（B）更迅速的預(yù)測NOx變化。如果荷載變幅很大，執(zhí)行超前-滯后預(yù)噴氨氣修正回路。當(dāng)負荷無變化時，無需執(zhí)行超前-滯后預(yù)噴氨修正。固定摩爾比控制調(diào)節(jié)原理圖如圖2所示。

6 ?性能實驗

遷安熱電公司1號機組選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置，為了測試該機組脫硝裝置其脫硝性能是否能夠滿足設(shè)計性能保證值要求，委托華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司對這臺機組的脫硝裝置進行性能考核試驗。SCR煙氣脫硝裝囂性能試驗期間脫硝系統(tǒng)DCS表盤記錄數(shù)據(jù)（100%負荷，試驗期間平均值）見表1，SCR煙氣脫硝裝置性能試驗期間脫硝系統(tǒng)DCS表盤記錄數(shù)據(jù)（75%負荷，試驗期間平均值）見表2。

7 ?結(jié) ?語

從上述表中可以看出，遷安熱電公司1號機組進行脫硝改造工程后，NOX去除效率大于80%，遷安熱電公司脫硝系統(tǒng)滿足工藝流程先進，能有效控制脫硝后煙氣濃度值，可滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）表1標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻：

[1] 李峰，王立，高富春.SCR煙氣脫硝自動控制系統(tǒng)及其在國華三河電廠的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2009，（5）.