百万机组脱硝系统控制策略优化及应用研究

百万机组脱硝系统控制策略优化及应用研究

赵鑫

大唐延安发电有限公司 陕西延安市 716000

摘要：我国火电机组脱销系统在运行上还存在较多问题，如测量条件受限、实施的控制力度不强以及控制设计不够完善等等。为改善上述问题，要加强系统控制力度，本课题以1000 MW百万机组为研究对象，探究出脱硝系统控制策略，提出优化方案，供各部门参考。

关键词：火电机组；脱销系统；优化策略

引言

近年来，国内市场不断涌现1000mw的大型火电机组，对于各电厂来说，如何实施有力对策，提高火电机组的可靠性和经济性是需重点关注的问题。下文立足参数调整、反馈调节等几方面提出脱销系统控制策略，仅供借鉴。

一、脱硝系统运行性能及其影响因素

炉内燃烧以及SCR反应器是影响N0X控制的因素，笔者收集有关反应原理可知：对N0X生成浓度影响较大的即煤量，风量以及机组的功率等等。燃料型N0X的重要来源即挥发性氮，氮氧化物在还原条件下会还原成N2，煤的挥发程度以及过量的空气系数决定煤中转化成N0X的N量。NO，NO2以及其他的氮氧化物组成了N0X，其中含量最多的是NO[1]。基于理论角度来分析，生成N0X的主要途径即燃料型。收集相关资料可知：我国大部分电厂会在烟道中省煤器后布置SCR反应器，反应器入口的N0X浓度大小也是锅炉在燃烧过程中生成N0X浓度的大小，在脱硝系统进行还原反应期间，存在影响脱硝效率的较多因素，比如烟气中的含氧量，烟气的温度，烟气的流量和流速都会影响脱销效率，其中锅炉燃烧状态会影响锅炉的输出参数，所以脱销系统与锅炉密切相关。炉内氧量水平、炉内氮元素含量以及机组的功率都会影响煤粉燃烧情况。

二、百万机组脱硝系统控制策略优化和应用研究

（一)实施补偿修正策略

第一，增加氧量补偿修正[2]。先加风后加煤是磨煤机启动的整个过程，磨煤机终止运作时，先减煤后减风，建议要参照机组工况和发展情形来实施针对性的控制对策，任一工况的变化都会增加氧量，当氮氧化物升高浓度后，会对氨供应调节产生干扰，为降低干扰影响，要增加氧量补偿修正，要结合负荷变化和历史数据来修正氧量的系数。

第二，增加煤量补偿修正[3]。受到燃料加速回路的影响，煤量在变负荷期间会产生较大的波动，喷氨自动控制会受到煤量大幅度波动的影响，所以有必要将关注重心聚焦在煤量补偿修正上，相关人员要多次采集，取平均值来计算并修正参数。

（二)应用PID反馈＋前馈调节模式

在百万机组脱销系统运行期间，喷氨流量和烟气量等测量容易堵塞，会影响最终的测量结果，具备的可靠性不强。针对于此，建议可以应用PID反馈＋前馈的调节器，具体对策如下所示：第一，实施离散超驰加减控制，前馈在N0X偏差较小时，无法发挥作用。实施离散超驰加减控制，会在偏差逐步增大时相应的增加或减少喷氨流量，发挥粗调作用。第二，增加负荷对应前馈。参照负荷的不同明确喷氨量，分析数据，确定负荷相应脱硝控制前馈的时间相位。参照不同风量对应喷氨量，基于不同的负荷条件下做好风量扰动的试验，第一时间收集试验数据，总结数据，了解总风量对应的脱销自动控制前馈的时间相位。与此同时，要增加总燃料量相应的前馈，结合煤量的不同对应喷氨量，基于不同负荷条件下做出煤量扰动的试验，第一时间收集试验数据，分析数据得出总煤量相应的脱销自动控制前馈的时间相位。第三，增加脱销入口N0X相应的前馈，通过实施此项措施，喷氨指令在了解入口变化时会提前动作，去除常规滞后的环节，在此过程中也能降低过调量，对优化调节品质有现实意义。同时也可参照不同的脱销入口N0X对应喷氨量，基于不同负荷条件下做出扰动试验，第一时间收集数据，分析数据，得出相应的脱销自动控制前馈的时间相位。第四，增加磨煤机启停前馈。在系统运作过程中，每天要发生多次磨煤机启停，对脱硝产生较大的扰动，如操作不慎，就会影响系统的安全稳定性，建议相关人员要将关注重心放在启停数据的采集上，多次分析了解磨煤机启停相应的时间相位。第五，增加一次风风量对应前馈。风速较快会在携带煤粉基础上影响N0X的生成情况，针对于此，可以收集数据，对数据做出分析，了解一次风风量相应的脱销自动控制前馈的时间相位。第六，增加防瞬时要求前馈。脱硫出口N0X在受到外界因素的影响和扰动时可能超标，超出考核要求，针对于此，要以较快的速度开大调阀，以此增加喷氨量，对N0X超标现象加以抑制，等待含量符合标准之后，再按照一定的方式让前馈量归0。

（三)测量回路吹扫控制

工作人员要对N0X测量管路实施吹扫控制，每小时吹灰一次，将吹扫重心集中在脱硝出口的a，b测以及脱硝出口N0X浓度等三个测点，在吹扫b测期间，可以应用a侧出口N0X浓度的变化情况，对b侧出口N0X的浓度加以预测，相关人员及时记录脱硫出口N0X的数值，保障该数值处于35~42的合理范围内，如超出此范围要做出调整。因脱硫出口N0X浓度会产生一到两分钟的延迟，所以要实施调节对策，加入对侧未吹扫反应器来全程控制N0

X的被调量。总的来说，在实施吹扫控制期间，可以有效的控制脱硫出口N0X的浓度，特别要注意的是，在吹扫控制前期和结束之后，要保持PID输出的不变。

（四)实施自控对策

据调查，百万机组脱销系统在运作期间，PID模块控制对象和实际运作中期望的控制目标存在矛盾，为改善此问题，可以对参数设置值做出更正和调整，构筑DCS组态环境，将脱销效率对象更正为N0X含量，实施此对策可以保障自动控制目标值和相关人员关注的考核目标保持一致，不但满足了电力生产的要求，也为运行人员实际操控提供了便捷。与此同时，在系统长时间运作期间，会发生过滤器堵塞等事件，过滤器的堵塞会对系统产生不利影响，建议在停炉下，工作人员要定期清洗过滤器，避免堵塞现象。百万机组脱硝系统在运作期间，烟气监测仪实施的自动维护功能也会影响自控系统，各系统之间存在衔接不畅的问题，为在源头上改善该问题，要展开供氨自动控制系统和烟气监测的集成。除此之外，也可以提高对DCS组态逻辑的应用程度，在烟气监测仪自我维护期间，DCS系统能感受到其状态，对外输出值并非N0X的真实含量，所以自控系统应终止调节，按照监测仪表维护行为之间的开度，来锁定供氨调解阀门开度，在监测仪表实施自我维护过后，自动调节系统应第一时间开启调节，通过以上操作尽最大可能的降低监测仪表运行期间对自控系统产生的扰动影响。

总的来说，实施以上自控对策，能大幅度的提高供氨调节门自动投入率，显著提高脱硝系统的可靠性和稳定性，但是无法百分之百的降低检测仪表对自控系统产生的影响。为彻底规避，可以实施以下举措：增加一台在线监测仪表，设定新仪表的维护时间，与原仪表维护时间错开，DCS综采两台监测仪表输出的N0X，保障两台仪表正常工作，采集监测仪表正常工作的N0X测量值，并取平均值，当一台在线监测仪表自我维护时，选取另一台在线监测仪表测量的数值，通过此种方式进一步改善上述问题。

结论：本课题立足百万机组脱硝系统，探究出影响脱硝系统运行的因素，如烟气流量，流速以及烟气中含氧量，最后在实施补偿修正策略、应用前馈调节模式以及实施自控策略等方面提出完善建议。同时工作人员也要定期吹扫测量管路，也要在停炉状态下定期清洗过滤器，避免出现过滤器堵塞影响脱硝系统正常运行的现象，加强自控管理力度，提升DCS组态逻辑应用度，在保障机组工况达标排放的基础上，来满足脱硝出口N0X的要求。

参考文献：

[1]王仁雷,衡世权,王丰吉,喻江.百万机组脱硫废水零排放系统性能试验研究[J].给水排水,2020,56(09):78-81.

[2]万露. 百万千瓦超超临界火电机组关键辅机运行优化技术研究[D].上海交通大学,2022,29(10):49-39.

[3]张向群,黄润泽,蓝澄宇. 百万千瓦机组湿法烟气脱硫系统基建调试阶段难题的综合治理[C]//中国动力工程学会.2022,39(50):10-80.