劉 云

（大唐黃島發(fā)電有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

某電廠兩臺670 MW火電機組煙氣脫硝工程是山東省電力生產(chǎn)企業(yè)首家煙氣脫硝裝置建設(shè)工程，開工建設(shè)以來獲得了各級政府部門和環(huán)保部門的重視，此工程在施工單位、監(jiān)理部門以及調(diào)試部門的辛勤勞作和密切配合下順利完成試運行。運行以來各項參數(shù)均滿足設(shè)計要求，每年減少氮氧化物的排放量多達3 842 t。隨著國家對電力企業(yè)煙氣排放標準的不斷提高，電廠也對三期兩臺670 MW火電機組脫硝噴氨系統(tǒng)的自動邏輯進行優(yōu)化設(shè)計，文中介紹了對自動邏輯的優(yōu)化方案，并通過對優(yōu)化前后脫硝效果的對比，說明了此優(yōu)化方案的可行性［1］。

1 脫硝系統(tǒng)工藝介紹

脫硝系統(tǒng)由氨區(qū)和催化反應(yīng)區(qū)組成，氨區(qū)布置在鍋爐外圍，包括蒸發(fā)槽、儲氨罐、壓縮機及緩沖罐等設(shè)備，為SCR催化脫硝提供氨氣。催化反應(yīng)區(qū)位于鍋爐的空氣預(yù)熱器和省煤器之間，由注氨格柵、反應(yīng)器、稀釋風機等設(shè)備組成［2］。脫硝系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示，首先壓縮機將氨槽車運來的液氨壓縮到儲氨罐中，液氨在蒸發(fā)槽中經(jīng)過水浴蒸發(fā)為氨氣，并將氨氣輸送到緩沖罐中，經(jīng)調(diào)節(jié)閥門減壓后氨氣被輸送到混合器中，與稀釋風機來的空氣充分混合；然后通過注氨格柵的噴嘴噴入鍋爐煙道，與煙氣混合后進入反應(yīng)器。氨水（NH3）在催化劑的作用下與煙氣中的NOx發(fā)生催化還原反應(yīng)生成N2和H2O［3］。

圖1 脫硝設(shè)備布置及工藝流程圖

主要的反應(yīng)方程式為：

2 優(yōu)化前自動控制方案

某電廠三期5、6號脫硝控制系統(tǒng)使用的是Syphony Infi90系統(tǒng)，軟件版本號為PGP（Power Generation Portal）V3.2，Compose V4.3。 控制方案邏輯如圖2所示，在該控制方式下系統(tǒng)按照固定的NH3／NOx摩爾比脫除煙氣中NOx。該噴氨系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象為脫硝反應(yīng)器出口煙氣NOx的含量，副調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)對象為脫硝系統(tǒng)氨空混合器前氨氣 流量［4］。

圖2 優(yōu)化前脫硝系統(tǒng)自動邏輯

優(yōu)化前的控制策略采用串級控制方式，主控制回路的供氨流量計算為公共指令，計算出總的供氨量之后平分為兩路到兩側(cè)輔控回路噴氨調(diào)節(jié)門進行調(diào)節(jié)。主控制回路的過程值出口NOx濃度選擇為二選一取大值，按照大值進行PID調(diào)節(jié)，當其中一個測點經(jīng)過壞質(zhì)量判斷塊鑒定為壞點時取另一測點。公共指令為機組負荷通過折線函數(shù)計算后得出的基本供氨量與出口NOx濃度經(jīng)過PID計算折線函數(shù)計算后數(shù)值之積，加上負荷變化率折算后數(shù)值、出口NOx濃度測量裝置校準時補償。

該控制策略投運以來在入口NOx濃度穩(wěn)定時，脫硝效果顯著，但是在入口NOx濃度出現(xiàn)較大波動時，往往會出現(xiàn)調(diào)節(jié)響應(yīng)遲緩。因選取一側(cè)出口NOx進行調(diào)節(jié)，不能很好調(diào)節(jié)反應(yīng)器A、B側(cè)的偏差，導(dǎo)致還原劑噴入過少或噴入過多，且出、入口NOx濃度測量儀表有定時吹掃，吹掃時保持測量數(shù)值不變化，不能及時調(diào)節(jié)，導(dǎo)致出口NOx波動大。這樣就造成了噴氨系統(tǒng)自動回路投入不穩(wěn)定，長久下來會嚴重影響脫硝系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

3 優(yōu)化后自動控制方案

優(yōu)化后的邏輯依然采用串級控制方式［5-6］，A、B側(cè)改為分別控制，主控回路為相應(yīng)側(cè)入口NOx經(jīng)函數(shù)計算出需氨量，乘以0.8的系數(shù)，加上出口NOx濃度為過程量。想要得到的出口NOx濃度為設(shè)定值的PID計算數(shù)值，并在凈煙氣出口NOx濃度大于38時加上其變化率折算后的數(shù)值，為需氨量。副控回路為噴氨調(diào)門以所需氨氣量做設(shè)定值與實際噴氨量比較進行調(diào)門開度調(diào)節(jié)。

當A側(cè)入口NOx濃度測量儀表進行吹掃時，用A側(cè)與B側(cè)吹掃時差值加上B側(cè)數(shù)值，以保持A側(cè)數(shù)值在自動調(diào)節(jié)中正確的變化趨勢，B側(cè)原理同A側(cè)；在出口NOx濃度測量儀表吹掃時，切換設(shè)定值為與過程量相等，PID輸出保持吹掃前數(shù)值，入口NOx經(jīng)函數(shù)計算出的需氨量切換為乘以0.85的系數(shù)，加強入口NOx濃度對需氨量的影響，保證在儀表吹掃期間可以正確調(diào)節(jié)，吹掃完畢后出口NOx波動不大。還增加了AGC投入R模式時主控回路PID變積分切換功能，在投入R模式后積分作用增強，調(diào)節(jié)更快速，保證負荷波動大時的調(diào)節(jié)質(zhì)量。優(yōu)化后的邏輯圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后需氨量計算邏輯（A側(cè)）

4 邏輯優(yōu)化后調(diào)試情況

根據(jù)文中提出的控制策略，對某電廠6號機組脫硝系統(tǒng)供氨自動回路進行重新組態(tài)和程序下裝。依據(jù)歷史數(shù)據(jù)對噴氨系統(tǒng)邏輯中的折線函數(shù)進行初始值設(shè)定，并通過觀察不同工況下的參數(shù)趨勢曲線，對各項參數(shù)反復(fù)試驗整定，基本實現(xiàn)了該控制回路的自動調(diào)節(jié)功能［7-8］。經(jīng)過調(diào)試，AGC投入O模式時出口NOx與設(shè)定值偏差最大為±4 mg／m3，R模式時出口NOx與設(shè)定值偏差最大為±8 mg／m3，多數(shù)時間偏差在±3 mg／m3以內(nèi)，較優(yōu)化前有較大改善。

對6號機組脫硝系統(tǒng)供氨自動回路進行了修改后，下裝重新整定了相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員幾十次的摸索和試驗，最終將各項參數(shù)整定到了最優(yōu)值，達到了預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。

5 邏輯優(yōu)化后控制效果

如圖4和圖5所示為某電廠6號機組脫硝噴氨系統(tǒng)供邏輯優(yōu)化前后，一周時間內(nèi)脫硝系統(tǒng)入口的NOx濃度出現(xiàn)較大波動時，A、B側(cè)出口NOx的濃度、噴氨調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)定值等各項重要參數(shù)的變化比較。

由對比圖可見，當邏輯里的設(shè)定值與出口NOx出現(xiàn)較大偏差時，優(yōu)化后的邏輯會迅速向噴氨調(diào)節(jié)門發(fā)出指令，對煙氣出口的NOx進行調(diào)節(jié)，從而使出口NOx逐漸趨向于設(shè)定值。而優(yōu)化前的邏輯并不能達到此效果，并且優(yōu)化后的煙氣出口NOx含量穩(wěn)定在50 mg／m3以下，實現(xiàn)NOx超低排放?？梢娫诿撓鯂姲毕到y(tǒng)自動邏輯優(yōu)化后，不管是在控制方式還是脫硝效率上都可達到滿意效果。但由于本廠脫硝設(shè)備原因，在組態(tài)過程中遇到了諸多問題：SCR反應(yīng)器出口NOx濃度與凈煙氣出口NOx之間因測量方法、設(shè)備不同有時會存在偏差，而且時大時小，比較難控制，在日后的工作中繼續(xù)優(yōu)化；出口NOx取樣的點太少，煙道中煙氣流場復(fù)雜，很難用一個點代表整個煙道的NOx濃度，建議采用網(wǎng)格法測量，以保證NOx濃度測量的準確性。

圖4 優(yōu)化前脫硝噴氨系統(tǒng)控制效果

圖5 優(yōu)化后脫硝噴氨系統(tǒng)控制效果

5 結(jié)束語

文中簡單介紹了火力發(fā)電廠煙氣脫硝系統(tǒng)的工藝流程，對某電廠6號機組脫硝噴氨系統(tǒng)的自動邏輯進行優(yōu)化，優(yōu)化后的控制策略可有效消除由脫硝入口煙氣NOx含量波動較大時帶來的偏差，并能克服控制過程中的純滯后，顯著提高了脫硝系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，為相似的科學研究和工程項目提供了參考借鑒。