吳濤杰

摘 要：本文特針對尿素?zé)峤饷撓跫夹g(shù)中普遍存在的自動調(diào)節(jié)問題進(jìn)行分析和總結(jié)，提出可行性措施。

關(guān)鍵詞：尿素脫硝 自動調(diào)節(jié) 測量延遲時間 報表生成 拐點

尿素脫硝調(diào)節(jié)現(xiàn)狀：

根據(jù)調(diào)查了解，采用尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)的工廠，由于其自動調(diào)節(jié)國內(nèi)外沒有可借鑒的成熟方案，控制邏輯多數(shù)是在投運(yùn)后，根據(jù)實際運(yùn)行狀況，各生產(chǎn)企業(yè)自行修改、完善。但現(xiàn)階段尿素脫銷自動調(diào)節(jié)過程普遍存在，調(diào)節(jié)滯后、脫硝效率波動大等問題，需要人為大量手動干預(yù)。

本文以珠江電廠尿素脫硝系統(tǒng)為例，其熱解爐內(nèi)起到稀釋和加熱作用的熱風(fēng)取自熱一次風(fēng)出口管道，經(jīng)過電加熱器加熱，進(jìn)入SCR反應(yīng)區(qū)。在省煤器和空氣預(yù)熱器之間煙道裝置三層催化劑，后經(jīng)過除塵器和引風(fēng)機(jī)進(jìn)入GGH和吸收塔，最后排至煙囪。

尿素脫硝調(diào)節(jié)難點

由于凈煙氣NOx測點在煙囪入口處，脫硝率根據(jù)省煤器出口處NOx測點和空預(yù)器入口處NOx測點計算得出。以尿素噴槍流量改變時間為基準(zhǔn)，尿素溶液噴進(jìn)熱解爐反應(yīng)的時間和熱解爐到SCR反應(yīng)區(qū)時間，加煙氣從SCR反應(yīng)區(qū)至空預(yù)器時間為脫硝率測量延遲時間t1。煙氣從空預(yù)器入口經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫設(shè)備等流至煙囪入口時間為t2。則煙囪入口NOx測量延遲時間t等于t1、t2之和。由于各機(jī)組煙氣流場、流速不同，t1在1.5-2.5分鐘不等，t在3-7分鐘不等。

目前尿素脫硝系統(tǒng)的難點主要集中在測量延遲時間上。負(fù)荷、燃燒工況、熱一次風(fēng)流量，系統(tǒng)阻力，引風(fēng)機(jī)出力等各環(huán)節(jié)都可能影響到測量延遲時間，導(dǎo)致常規(guī)的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在負(fù)荷和脫硝入口NOx發(fā)生變化時難以及時作出比對。

同時現(xiàn)階段尿素?zé)峤鈬姌屨{(diào)節(jié)系統(tǒng)（MDM），由于各噴槍調(diào)門各自的閥門特性不同，壓縮空氣和尿素流量分配不一致等問題。導(dǎo)致實際流量變化和DCS指令之間存在一定的響應(yīng)時間。

脫硝自動調(diào)節(jié)為減少延遲以脫硝率主要調(diào)節(jié)手段，而環(huán)保指標(biāo)以煙囪入口測點數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。這就需要工作人員根據(jù)脫硝率變動趨勢和煙囪入口測點數(shù)據(jù)比對，人為改變脫硝率或者手動干預(yù)噴氨量。在脫硝入口NOx和負(fù)荷波動過程中，人的發(fā)現(xiàn)時間和專業(yè)素質(zhì)不同更大程度的增加了脫硝調(diào)節(jié)的延遲和出口波動幅度。環(huán)?？己似毡橐孕r均值為標(biāo)準(zhǔn)，脫硝調(diào)節(jié)延遲、小時節(jié)點大幅波動是造成均值超標(biāo)的重要原因。同時調(diào)節(jié)品質(zhì)差對氨逃逸的影響很大，容易造成空預(yù)器堵塞，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)喘振等一系列問題。脫硝自動調(diào)節(jié)的靈敏度和穩(wěn)定性，是尿素脫硝系統(tǒng)現(xiàn)階段急需解決的問題之一。

現(xiàn)階段解決辦法

基于尿素脫硝自動調(diào)節(jié)過程中存在的問題，在缺乏可借鑒控制邏輯的情況下，珠江電廠工作人員結(jié)合近年來運(yùn)行經(jīng)驗，和遇到的問題，不斷嘗試和完善，通過分段控制方式，提高運(yùn)行工作人員技術(shù)水平和責(zé)任心，基本實現(xiàn)脫硝超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)。

由于負(fù)荷對煙氣流場和脫硝測量延遲時間的影響最為顯著，故對機(jī)組正常運(yùn)行過程中常見負(fù)荷150MW至300MW每30MW負(fù)荷進(jìn)行分段，300MW至320MW單獨分段，每段負(fù)荷內(nèi)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確認(rèn)各負(fù)荷脫硝測量大致延遲時間，取得反饋調(diào)節(jié)參考點。然后根據(jù)理論尿素溶液需量進(jìn)行PID運(yùn)算得出補(bǔ)償后尿素溶液需量，尿素噴槍的實際流量隨補(bǔ)償后需量變動。

其中理論尿素溶液需量根據(jù)理論和經(jīng)驗值計算得出，其公式：

理論尿素溶液需量=5×（機(jī)組負(fù)荷÷320）×（入口NOx濃度×17÷46）×（脫硝效率設(shè)定值/100 + 氨逃逸×2.05/入口NOx濃度）×3.095975

理論尿素溶液需量在實際運(yùn)行中存在一定偏差，必須根據(jù)實際效率進(jìn)行補(bǔ)償，其閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的延遲性和反饋點的選取，必然造成脫硝品質(zhì)的惡化。進(jìn)行分段調(diào)節(jié)改造后，珠江電廠4×320MW 機(jī)組，尿素脫硝調(diào)節(jié)品質(zhì)有了明顯提高。但在負(fù)荷和脫硝入口NOx出現(xiàn)大幅波動過程中仍然需要及時手動干預(yù)，同時需要頻繁調(diào)整脫硝率設(shè)定值。尿素脫硝系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)仍然需要進(jìn)一步完善。

未來尿素脫硝自動調(diào)節(jié)技術(shù)可行性探索

經(jīng)過長期的運(yùn)行分析研究，實現(xiàn)尿素脫硝全自動調(diào)節(jié)，最可行的方法是利用控制系統(tǒng)的歷史記錄軟件和報表生成軟件等，通過對煙氣系統(tǒng)模型的簡化，不斷學(xué)習(xí)記憶不同狀態(tài)下尿素溶液需量、測量延遲時間，和脫硝效率。在煙氣系統(tǒng)狀態(tài)改變時，立刻做出調(diào)整，大幅減小尿素脫硝系統(tǒng)調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性。

一.簡化煙氣系統(tǒng)模型，減少變量。通過對珠江電廠分段控制方式運(yùn)行的長期觀察、統(tǒng)計，燃煤特性，煙氣流場中風(fēng)量，燃燒器擺角，鍋爐吸熱量、系統(tǒng)阻力等等諸多因素，可以簡化為各機(jī)組負(fù)荷與脫硝入口NOx濃度兩個變量。

二.尿素脫硝調(diào)節(jié)過程隨著負(fù)荷和入口NOx波動，外部調(diào)整變化的先后順序是尿素溶液實際流量，脫硝率，和煙囪入口NOx含量。每次波動過程這些參數(shù)都會產(chǎn)生波峰和波谷。尿素溶液實際流量歷史趨勢的拐點處的尿素流量，對應(yīng)的其后最近處脫硝率相應(yīng)拐點數(shù)據(jù)，又對應(yīng)其后最近處煙囪入口NOx含量相應(yīng)拐點數(shù)據(jù)。通過這種一一對應(yīng)關(guān)系可以得出機(jī)組在一定負(fù)荷和脫硝入口NOx含量情況下，保證A、B側(cè)脫硝率和煙囪入口NOx含量在正常范圍，所需要的噴氨量的經(jīng)驗值。 在比對精準(zhǔn)的情況下，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，最近一次相同負(fù)荷和相同脫硝入口NOx，達(dá)到正常煙囪入口NOx排放標(biāo)準(zhǔn)范圍，所需的尿素溶液流量，誤差率不超過4%。此誤差引起的波動，和穩(wěn)定負(fù)荷和脫硝入口NOx時由于噴氨調(diào)門的特性和脫硝PID調(diào)節(jié)引起的正常波動幅度基本相同，能夠保證煙氣狀態(tài)波動時，脫硝調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

三.現(xiàn)有的XDPS的報表系統(tǒng)是基于MS EXCEL電子表格軟件之上的。報表的收集軟件將需收集和統(tǒng)計的數(shù)據(jù)按定義存放人數(shù)據(jù)庫（一般采用Access）。其歷史記錄軟件可按周期收集實時網(wǎng)上的模擬量和開關(guān)量的歷史數(shù)據(jù)。周期和觸發(fā)報表可按周期或定義的周期所得到的周期性或觸發(fā)性時數(shù)據(jù)收集報表，記錄在數(shù)據(jù)庫中，可由再現(xiàn)軟件隨時調(diào)出。利用微分計算，生成實際負(fù)荷、入口NOx及其對應(yīng)的噴氨量、煙囪出口NOx歷史數(shù)據(jù)拐點，并保存在報表中，在技術(shù)層面是沒有瓶頸的，只需功能的完善。

四.以珠江電廠機(jī)組為例，把負(fù)荷從150MW到320MW每5MW作為一個統(tǒng)計區(qū)間，把脫硝入口NOx從140㎎/m3到600㎎/m3每20㎎/m3作為一個統(tǒng)計區(qū)間。每個負(fù)荷區(qū)間對應(yīng)23個脫硝入口NOx數(shù)值，共需統(tǒng)計782個煙囪入口NOx在40-45㎎/m3時對應(yīng)的尿素溶液需量和脫硝率及測量延遲時間。報表生成以煙囪入口NOx的歷史趨勢在40-45㎎/m3區(qū)間的拐點為觸發(fā)點，向前采集對應(yīng)脫硝率拐點和尿素實際流量拐點，以及尿素溶液實際流量拐點出現(xiàn)時刻，機(jī)組的負(fù)荷和脫硝入口NOx數(shù)值，同時記錄下測量延遲時間t1和t2。其中拐點的選取遵照煙囪入口NOx極大值處拐點對應(yīng)脫硝率極大值處拐點和尿素溶液實際流量極大值處拐點，煙囪入口NOx極小值處拐點對應(yīng)脫硝率極小值處拐點和尿素溶液實際流量極小值處拐點。報表每兩小時更新一次，取已有數(shù)據(jù)和新采集數(shù)據(jù)平均值。

五.當(dāng)負(fù)荷波動超出原統(tǒng)計區(qū)間±2MW，或者脫硝入口NOx波動超出原統(tǒng)計區(qū)間±10mg/m3時，觸發(fā)尿素溶液補(bǔ)償后需量發(fā)生階躍變化，自動改變脫硝率設(shè)定值，選取報表中相應(yīng)負(fù)荷和入口NOx生成的歷史數(shù)據(jù)，同時刷新PID調(diào)節(jié)，更改測量延遲時間t1、t2進(jìn)行新的PID 調(diào)節(jié)。

增加尿素脫硝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和記憶功能，通過對簡化變量機(jī)組負(fù)荷和脫硝入口NOx的分段處理，實現(xiàn)智能化控制，是未來解決尿素脫硝自動調(diào)節(jié)和測量延遲時間長且不斷變化，影響因素過多系統(tǒng)的可行途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰 讀秀學(xué)術(shù)搜索 XDPS系統(tǒng)工程師站的軟件組態(tài)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 2012年