SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化赵小平

SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化赵小平

赵小平

（大唐珲春发电厂吉林珲春133303）

摘要：随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，电厂先后进行了燃烧器低碳改造和脱硝装置加装。其中，大型电站主要主要烟气脱硝技术为选择性催化还原法(SCR)，通过化学反应降低NOx排放。本文主要分析了SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化策略。有不对之处，请批评指正。

关键字：SCR；烟气脱硝；自动控制；优化

NOx被证明是引起酸雨、诱发光化学烟雾、温室效应及光化学反应主要物质之一。根据《火电厂大气污染物排放标准》，降低燃煤电站污染物NOx排放浓度限值，提供清洁能源，建设绿色环保电厂已势在必行。我国目前新建大型火力发电机组大多采用SCR，选择性催化还原法方法，SCR法一般是将氨类等还原剂喷入烟气中，利用催化剂将烟气中的NOx转化为N2和H2O。为了确保烟气脱硝效率，增强脱硝系统的可靠性、连续性以及经济性，需要配置可靠性较高的自动调节系统。笔者结合实际经验，探讨了SCR烟气脱硝喷氨自动控制及优化方法。

1SCR工作原理及流程

SCR工艺是在催化剂作用下以液氨为介质，通过化学反应使NOx转化为N2和H2O。SCR系统一般由液氨存储系统、氨/空气喷射系统及催化反应器系统组。首先，将液氨槽车内液氨卸入液氨储槽，然后进入氨气蒸发器将液氨加热蒸发成氨气，再经过气液分离器后氨气调压至所需压力进入氨气缓冲罐，送出气化站供后续使用。氨气进入SCR区后一般分为两路，反应器内烟气浓度等经DCS计算后通过调节阀调节气氨的流量后进入氨/空气混合器使空气和氨气以文丘里管喷射的方式在混合器内进行混合后送至分配总管，由总管通过每个支管的流量调节进入喷氨格栅，继而进入SCR反应器中与NOx进行催化反应。

2SCR脱硝控制系统特性分析

控制系统对象的动态特性取决于结构特性，SCR脱硝控制系统具有其特殊性，从脱硝系统的工艺流程可看到，氨喷射格栅至SCR反应器上游的位置是氨气与烟气的混合区域，虽然已经喷氨，但由于最终过程是一个化学反应，进入反应器催化剂层前，化学反应没有产生，所以调节不会影响到控制对象。在反应器催化剂层中进行充分反应的过程需要一定时间，化学仪表数据的测量与内部处理换算产生时滞，因此SCＲ脱硝控制系统对象是一个大迟延、大惯性的控制对象。

在现场生产中，许多电厂采用按照固定氨氮摩尔比脱除烟气中NOx的控制方案，这种控制方式是设定值可调的单回路控制系统，其优点是控制回路简单易于调试和整定，缺点是会过度脱氮，增加运行成本。有的电厂采用脱硝系统出口NOx浓度设定为定值，定值单回路控制系统控制，此方式的优点是可按需脱除NOx，脱硝系统出口NOx浓度为定值，但控制逻辑较复杂，系统调试和整定困难。

对于具有较大迟延、惯性的控制对象我们常见的控制方案有串级控制、前馈－反馈控制、SMITH预估控制等方案。脱硝系统的控制对象复杂，影响因素有反应器温度、烟气流速、氧气浓度、SO3浓度、水蒸气浓度、钝化影响和氨逃逸等。由于对象模型不易建立，采用SMITH预估方案难于实施;串级控制一般用到减温水系统或给水系统这种系统相对较大的系统中，而且由于化学仪表的时滞，在反应器中增加化学仪表采用中间点不能快速反应。通过分析，引入合适前馈组成前馈－反馈控制回路，是提高系统控制快速性、准确性的合理方案。

许多电厂在控制方式中引入锅炉负荷或机组负荷作为前馈信号，也有的引入烟气流量信号作为前馈信号，进一步加强变负荷系统调节的及时性，同时可以弥补反应器和烟气分析仪的时滞，但如果能够引入计划耗氨变化量的信号作为前馈，通过计划耗氨量的变化，调整调门提前动作，会更准确平稳达到调节目的。

3SCR烟气脱硝喷氨自动控制策略分析

（1）优化逻辑。我国火电厂大气污染物排放标准，对不同时段的火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度有一个限值要求，可通过控制脱硝系统出口的NOx浓度以满足排放要求，同时减少氨气用量，有效控制脱硝运行成本，这种控制方式称为固定出口NOx含量控制方式。这种控制方式的优点是可以按需脱除NOx，脱硝系统出口NOx浓度为一个定值，但控制逻辑较更为复杂，系统调试和整定困难。

整个控制回路由基本控制回路和辅助控制回路组成。基本控制回路的控制模式与固定Mole比方法相同，两种控制方法的主要不同之处是氨氮摩尔比设定值的计算，固定Mole比的氨氮摩尔比是一个定值，而这种控制方式氨氮摩尔比是一个变值，其中引入了反应器出口NOx浓度。氨气流量通过压力和温度进行密度修正后作为控制回路的测量值，氨氮摩尔比是脱硝效率的函数。脱硝效率根据反应器入口的NOx含量和给定的反应器出口NOx含量计算得到。

用出口NOx浓度与设定值的偏差，修正得到最终的摩尔比。引入锅炉负荷或机组负荷作为前馈信号，进一步增强变负荷系统调节的及时性，同时可弥补反应器和烟气分析仪的时滞。

（2）根据负荷与烟气量对应关系的经验值，经过分段函数FX对入口烟气NOx进行修正，从而得到更加准确的供氨需求量。因为该厂为多煤种掺烧，当煤质改变时，负荷与烟气量的对应关系也会产生变化，可根据实际情况适当调整FX的参数满足自动调节的需要。

（3）对喷氨调节门的阀位进行调节，优化阀门特性曲线；去除“炉氨/空气混合器氨气喷射量调节阀控制指令与氨/空气混合器氨气喷射量调节阀位置反馈偏差大于10时，就切换到手动”逻辑，改为出口NOx异常时切手动。

（4）优化氨区的蒸发槽液氨调节门PID参数。

（5）扩大SCR区氨气母管压力变送器量程范围。

（6）增加控制方式切换：在脱硝系统运行过程中，在脱硝效率低于设计脱硝效率工况下，采用出口NOx常量控制调节方式控制进入脱硝系统的喷氨量；在脱硝效率高于脱硝效率工况下，需切换到固定效率控制方式以控制进入脱硝系统的喷氨量。在喷氨量调节控制逻辑设计中应按两种控制方式进行设计并可实现手动、自动切换。

4脱硝控制系统设备优化

为了进一步提高自动调节效果，应尽可能缩短CEMS仪表烟气取样管路的长度和减少弯曲，以保证烟气分析仪表的快速反应。定期对CEMS仪表进行维护与校验，对烟气取样管路进行检查，确保CEMS测量的准确性。

脱硝喷氨调节门和管道过滤网容易发生堵塞，会造成液氨供应不足。液氨的纯度通常很高，其浓度一般在99.5%以上，但还是会有少量杂质，这些杂质带有一定的粘性，粘附在调节门阀体和过滤网孔板处，长期积累后容易堵塞调节门阀体和过滤网孔板。因此，当发现供氨流量异常时，应当打开旁路阀手动调整供氨，将喷氨调节门和管道过滤网拆下，清理杂物，用压缩空气将附着在调节门阀体和过滤网孔板处粘性杂质清理干净。在系统实际运行过程中，应加强声波吹灰器和蒸汽吹灰器的检修维护，确保正常投运，防止出现催化剂表面挂灰或堵塞，避免影响催化剂活性。

5结束语

脱硝SCR控制系统的控制策略优化应用基本的比例、积分控制方式，不仅参数整定方式清晰、对象识别速度快，而且充分利用随动关系对应NH3/NOx摩尔比，解决了出口NOx浓度因大惯性而难于控制的问题。经过实际运行参数的检验，达到了各项控制指标，较好地满足了SCR脱硝自动化控制要求，为脱硝系统的安全、稳定和经济运行提供了保障，对于SCＲ脱硝系统，具有较强的通用性和实用性。

参考文献

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