火力发电机组火电厂脱硝控制策略及优化

火力发电机组火电厂脱硝控制策略及优化

王晨

江苏国华陈家港发电有限公司 江苏盐城 224631

摘 要：随着国内环境保护形势的日益严峻，我国政府越来越重视火力发电厂的污染物排放。氮氧化物是火力发电厂排放的主要污染物，因此国家环境保护部门对氮氧化物的排放制定了非常严格的标准。作为具有高脱硝效率和低氨漏失率的烟气脱硝方法，选择性催化还原（SCR）技术已成为许多电厂的选择。目前，大多数发电厂在SCR控制系统中使用PID控制器。但是，由于脱硝控制系统的设备，设计和控制策略上的某些缺陷，导致SCR控制对象具有非线性、时延大的特点。因此，必须积极探讨火电厂脱硝控制系统的现状，将预测控制理论应用于火电厂脱硝控制系统中，必将提高火电机组的脱硝效率，保证火电厂的安全性和经济性。

关键词：火力发电机组；火电厂脱硝；现状；问题；优化策略

随着国家环保战略的推进，火电机组的排放标准也在提高，到2020年，我国的燃煤机组将全面实施超低排放。目前，主要通过低氮燃烧和烟气脱硝相结合的方式降低烟气中的氮氧化物含量。低氮燃烧又可分为低氮氧化物燃烧器、低过量空气燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和烟气再循环燃烧技术等。烟气脱硝分为SNCR（选择性非催化还原技术）、SCR（选择性催化还原技术）及EBA（电子束法）等，其中，SCR因脱硝效率较高而被广泛应用。

在对SCR脱硝系统运行情况进行调研和资料整理的基础上，从热控的角度对脱硝系统目前存在的问题进行了分析和总结，并根据SCR脱硝的原理和工艺流程从测量、控制策略等方面提出优化措施，以提高脱硝系统运行的可靠性。

一、火力发电机组脱硝控制策略的现状

现阶段，我国火力发电厂使用的控制策略一般不能达到国家的相关标准，也不能实现良好的调节品质，具体有以下的几点：

1. 一部分火力发电机组脱硝系统中的控制为单回路，其中控制的逻辑过于简单，很难适应火力发电机组各种运行状况的变化。

2. 很多火力发电机组的脱硝控制一般的被调量都是单一反应器出口氮氧化物，而实际选择性催化还原脱硝系统的出口氮氧化物的浓度与烟囱入口的量在静态与动态等方面都具有一定的误差，进而很容易影响考核结果。

3. 在实际火力发电机组脱硝控制策略中，基本上没有前馈作用，而只存在一定的前馈修正，基本很难在符合变动工况的情况下对氮氧化物实行有效的控制。

4. 在启动和关闭磨煤机时，特别是开启与关机上层的磨煤机时，就会造成脱硝控制效果不理想，进一步影响氮氧化物的波动情况。

5. 在脱硝控制的逻辑中，一部分采纳数在系统调试的过程中，并没有实行详细的设置与整定工作，也会在一定程度上影响脱硝效果。

二、火力发电机组的脱硝控制策略问题分析

火力大电机组的脱硝控制策略把收集到的信号进行一定的处理和计算，按照一定的规则进行，输出喷氨量的指令，进而有效控制氮氧化物含量。现阶段，我国火力发电机组的脱硝控制策略采用的控制方法是串级控制，主回路一般按照选择性催化还原脱硝系统氮氧化物的含量与出口氮氧化物的设定值，出口作为反馈。两者的偏差引入到PI控制中得到氨氮化物的比系数。而副回路就是计算所得的烟气的流量、设定的脱硝率和SCR进口氮氧化物含量，并得出氨量的设置值，以实际的测量得到的液氨流量作为实际的反馈，两者之间的实际偏差引进到PI控制中，进而得出喷氨调节阀的开启命令。已备份的火力发电机组脱硝系统进行实际的投入使用以后做出了一定的优化设置，在氨量设定值计算的回路中，以机组负荷信号当作运算的前馈，进而缩短回路的反应时间。

火力发电机组脱硝控制策略采用的控制方法的一般特点是：副回路是粗条回路，一般对其的要求是要快速和随动，在一定程度上能够实现快速的抑制扰动；而主回路属于细调回路。其中，副回路主要的控制量是主回路的输出与烟气的流量等，真正的目标是控制出口的氮氧化物，而实际上进口的氮氧化物的浓度与烟气流量对被控量的影响要比出口氮氧化物的影响要快速。其中，副回路的控制效果与主要的扰动量没有相关性质。所以，副回路的调节作用十分有限。出口氮氧化物的变化是由于氨量变化而引起的，这个过程还有反应器催化剂的相关性质有关。由于没有办法体现两侧烟气流量的偏差与低负荷时烟气流量计算的偏差很大，这样的问题都会在一定程度上影响喷氨量的自动控制。

三、火力发电机组的脱硝控制策略

火力发电机组脱硝系统控制回路中使用的串级控制模式一般还会受很多方面的影响，比如脱销系统烟气流量计算偏差的存在与分析仪表取样的检测滞后等，使得实际的控制效果并不很好，应该适当运用单回路加前馈的相关控制模式。

控制回路的前馈信号一般会按照实际不一样的工况进行适当处理，主要包括以下三点：

1. 针对前后墙对燃烧方式的锅炉，磨煤机开机与关机的过程都会影响炉膛氮氧化物的实际生成，而在实际的前馈回路中应引进磨煤机开机和关机过程的超弛作用

2. 入口氮氧化物的浓度与绝对浓度的变化的原因主要是锅炉燃料量的变化，应该对不一样的氧含量订制与炉膛氮氧化物生成性质的不同，进行曲线函数的设计，因为前馈回路对其有影响，进口氮氧化物浓度变化的原因是锅炉燃料量的变化，存在一定的延迟现象。为了配合喷氨量，前馈信号应该设置相关的惯性环节进行调节

3. 应设置喷氨自动RB超弛作用，因为火力发电机组RB工况使相应的配风量与燃料量都会急剧减少，一旦当喷氨自动RB触发时，调节阀开度超弛应及时开度60%。

4. 火力发电机组的脱硝优化建议

4.1测量回路优化

1. SCR进、出口烟气 测量不准。SCR进、出口烟气 测量取样采用烟道截面多点混合取样方式，提高测量信号有效性。在SCR进、出口烟道中布置横向贯通烟道的多点烟气取样管，考虑烟道纵向流场的差异，上、下部各布置一支单独取样管，迎着烟气流向、结合脱硝烟气导流板的布置在取样管上设置一定数量的进烟孔，将烟气引出烟道外混合，混合后的烟与气回流到烟道。分析仪表的烟气样取自烟道外混合后的烟气。为确保取样可靠，多点取样回路须设计可靠的空气吹灰装置，防止管路堵。

2. 脱硝烟气流量测量不准。为确保SCR脱硝烟气流量测量的准确性，采用多点阵列式风量测量装置，发烟气流量信号参与喷氨自动控制。而采用折算方法获得的烟气流量信号仅作为参考值在控制画面显示。

3. 氨逃逸测量失准。鉴于目前氨逃逸信号测量的效果，不宜将氨逃逸信号引入喷氨自动调节，根据现场实际的测量效果，可以用作报警取信；已安装氨逃逸计的机组，应积极联系厂家从装置安装、设备调试、校验等方面进行有效调整，提高氨逃逸信号的真实性。

4.2其他优化措施

除测量和控制环节外，还针对脱硝系统的运行环节提出以下优化措施，帮助运行人员对脱硝系统的状况进行监视。

1. 随着脱硝系统改造的进展，各机组已逐步配置氨逃逸表计并引入控制系统，根据正常运行是现场氨逃逸信号的值，设计合理的氨逃逸量大和氨逃逸增加过快的报警。

2. 由于煤种特性的差异，当煤种变化时，SCR入口的 含量会有较大变化，根据正常运行情况的 信号，设计进出口 偏差小的报警，以便于煤种变化时，运行能够适度干预，减少氨逃逸。

3. 设计增加SCR进口折算后的 浓度高、低的大屏报警，达到报警值后，运行人员及时做好调整。

4. 加强测量仪表的维护和校验，确保氧量、进出口 喷氨流量等信号测量的准确性。

结 语：

近些年，火力发电厂的污染物排放也受到了我国政府的高度重视。特别是，严格控制氮氧化物的排放，选择性催化还原技术是一种具有良好脱硝作用的方法，受到火力发电厂的青睐。本文分析了我国火电厂脱硝系统控制策略中存在的问题，在此基础上提出了一些优化措施，在保证脱硝效率的同时，在一定程度上进一步提高了脱硝系统的脱硝效率和稳定性。

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