1、變參數控制在脫硝自動中的應用【摘 要】目前火電機組幾乎都采用SCR脫硝系統，長期以來對SCR脫硝系 統的研究主要針對于其物理原理、設備結構和運行方式方面，卻一直忽略了對脫 硝自動控制策略的研究，而事實上脫硝系統的自動控制品質與電廠的長期運行成 本密切相。針對脫硝系統噴氨、SCR反應、出口 NOX的變化整個控制系統具有延 遲、大滯后、自平衡等特性。我廠脫硝控制系統采用了采用串級變參數的控制策 略來適應SCR反應的特性，使脫硝自動投入率和投入效果得到很大的改善，減低 了氨氣消耗量，減少了脫硝出口 NOX的超排時間，也保證也空預期的正常運行。【關鍵詞】選擇性催化還原SCR控制策略變參數NOX1.概述

2、大唐寶雞熱電廠脫硝采用選擇性催化還原反應SCR，每臺鍋爐布置兩臺SCR 反應器，煙氣從鍋爐省煤器后煙道引出。通過SCR反應器進行脫銷反應，再送至 空氣預熱器前煙道，SCR反應器本體內裝有蜂窩壯催化劑，混合好的煙氣與氨 （液氨氣化）進入反應器本體后，在催化劑的催化作用下煙氣中的NO與氨進行 氧化還原反應，生成N和水，達到脫硝的目的。脫硝在線監測系統采用北京雪迪龍SCS-900煙氣連續監測系統（煙氣分析 儀），在A.B側反應器進、出口煙道上各有一套，脫硝反應器入口煙道布置流量、 溫度、壓力測量儀、NO與O2濃度測量儀、濕度儀，出口布置NO、02與NH3逃逸 測量儀、濕度儀及溫度、壓力、流量測量。C

3、EMS采樣系統采取完全抽取干式測量 法。氣體分析儀為西門子ULTRAMAT 23,設定為每過兩小時儀表通過空氣自動校準 零位。脫硝系統由主機DCS控制，采用北京和利時自動化有限公司的MACSV系統。 噴氨自動控制系統執行機構采用的是西門子智能閥門定位器。1.脫硝自動控制存在的問題及原因分析2.1在噴氨自動的控制策略方面，我廠原設計為運行人員手動設定SCR區反 應器出口 NOX濃度，設定值與實際出口 NOX濃度動態偏差進行調節的單回路控制 系統。投入率和投入效果均不理想，整個控制系統抗干擾性差，在入口 NOX濃度、 煙氣流量小幅擾動的情況下，就會對整個控制系統帶來很大的擾動，煙囪入口 NOX容易

4、超標。2.2控制系統調節器的參數簡單，未考慮到SCR反應系統具有大滯后、自平 衡等特性。PID始終處在調節狀態，且超調現象嚴重，執行器動作頻繁，縮短執 行器的使用壽命；反應器出口氨逃逸偏大，氨耗高，增加運行成本，當氨逃逸大 于2.5ppm引起脫硝跳閘，導致煙囪入口 NOX超標。逃逸的氨在空預器中與SO3 生成硫酸氫氨，由于硫酸氫氨物理性質較粘，吸附煙氣中的灰塵，附著在空預器 換熱板上，造成空預器堵塞，嚴重影響機組的正常運行，2.3脫硝CEMS系統氣體分析儀容易出現零點漂移，為了保證分析儀零點準 確性，分析儀每隔兩個小時利用空氣對零點進行自動標定。自動標定時間為 lOmin，在此期間分析儀表參數

5、的測量保持在標定前值。此時儀表顯示NOX值 不 能夠反應實際煙氣中NOX的變化.NOX參與調解沒有實際意義，自動標定結束后 儀表恢復正常測量值與儀表保持值存在偏差，引起控制系統擾動。3、 控制策略制定及實施根據脫硝SCR系統具有大滯后、自平衡等特性，采用串級變參數的控制策略。 主調直接來調節反應器出口 NOX標態值，通過反應器出口 NOX設定值和測量值得 差值計算出所需氨氣流量得變化量；副調來調節所噴射的氨氣流量，利用氨氮摩 爾比原理，控制系統根據當前的煙氣流量、SCR入口 NOX濃度和設定氨氮摩爾比 計算出氨氣流量，然后加上主調計算出的氨氣流量的變化量做為副調的設定值， 氨氣流量設定值與實際

6、氨氣流量差值計算出閥門開度。副調為粗調，快速響應入 口 NOX變化和煙氣流量的變化，主調為細調，校正反應器出口 NOX跟隨設定值。調節器參數整定變參數的應用由于脫硝系統噴氨和反應器出口 NOX的變化是典型的大滯后被控對象。調節 器參數設定過強，只要反引起出口 NOX與設定值有偏差，氨氣流量波動大，致出 口 NOX很難穩定；調節器參數設定過弱，當出口 NOX與設定值相差較大時，調節 器需要很長的調節時間，會導致反應器出口 NOX超過國家環保標準值或反應器出 口 NOX長時間維持在低線。這兩種情況的耗氨量都高。采用變參數調節器來適應 SCR反應系統的滯后、自平衡能力的特性。國家環保要求脫硝出口 N

7、OX不能超過50mg/Nm3 ,運行將脫硝出口 NOX設定在 20mg/Nm3 -40mg/Nm3之間。設定反應器出口 NOX與其設定值偏差為e mg/Nm3。丨e|8mg/Nm3時，比例帶200，積分時間250；調節器參數強，盡快減小偏 差。4mg/Nm3 |e|3時，比例帶260，積分時間350；調節器參相對弱， 進行正常調整。|e|3 時，比例帶360，積分時間450；調節器很弱，維持氨氣流量， 使SCR反應系統自動平衡。副調節器通過調節閥門開度調節氨氣流量，主要消除負荷變化、氨氣 流量波動、煤質和燃燒引起反應器入口 NOX濃度變化等原因引起的擾內，為是粗 調，要求動作快。要求調節器參數

8、相對強（比例帶180，積分時間150）理論氨氣流量的計算脫硝主要的反應機理是：通過在合適的溫度（約300C420C ）下向有催化 劑的反應器里噴入的適量的氨，其會產生如下的化學反應:4NO + 4 NH3+O2 4N2+6H202N02 + 4 NH3 +02 3N2+6H20所需理論氨氣流量按氨氮摩爾比1:1計算，反應器入口 N0X標態值減去出口 N0X的設定值乘以入口煙氣流量標態值。脫硝效率在80%-90%以上，可以消除機 組負荷、煤質變化等對出口 NOX的影響。CEMS儀表自動標定為了防止CEMS儀表零位漂移對測量造成影響，系統每過兩個小時利用空氣 對分析儀表的零位進行自動標定，自動標定

9、時間為10min，在此期間分析儀表參 數的測量保持在標定前值。此時儀表顯示NOX值不能夠反應實際煙氣中NOX的 變化. N0X 參與調解沒有實際意義，自動標定結束后儀表恢復正常測量值與儀表 保持值存在偏差，引起控制系統擾動。3.3.1脫硝A、B側反應器出入口 4塊分析儀自動標定的時間設置相差半小 時，當A側入口分析儀自動標定時，A側入口 NOX依據B側入口 NOX變化來調節。（記錄自動標定前A側入口 NOX與B側入口 NOX比值，在A側入口分析儀自動 標定時，A側入口 NOX等于記錄比值乘以B側入口 NOX比值，這樣也能反應真 實A側入口 NOX變化。3.3.2當A側出口分析儀自動標定時，A側

10、出口 NOX依據A側入口 NOX變化 來調節。（記錄自動標定前A側出口 NOX與A側入口 NOX比值，在A側出口分 析儀自動標定時，A側出口 NOX等于記錄比值乘以A側入口 NOX比值，這樣也 能反應真實A側出口 NOX變化。噴氨自動控制回路安全措施設置3.4.1當出口 NOX濃度大于45mg/Nm3時，執行機構的手操器將閉鎖關指令。 防止自動控制回路超調而造成反應器出口 NOX瞬時超標。3.4.2 當噴氨調節閥投入自動時，為了防止異常工況下，調節閥門全關和全 開，造成反應器出口 NOX超標或出口氨逃逸過高。設置噴氨調節閥指令上限90%, 下限10%。為了防止積分飽和，副調節器輸出上限90%，

11、下限10%，主調節器輸出 上限88t/h，下限20t/h（閥門開至90%時，氨氣流量88t/h ；閥門開至10% 時，氨氣流量 20t/h ；）3.4.3 是合理設置調節閥切手動條件：a 、反應器入口 NOX 壞點；b 、反應器出口 NOX 壞點；c 、氨氣流量壞點；d 、調節閥指令與反饋偏差值大于 10%；e 、出口 NOX 設定值與測量值偏差大于 25mg/Nm3；f 、脫硝反應器跳閘；以上任意條件觸發，調節閥切至手動并軟光字報警提醒運行人員。為了防止脫硝投入條件不具備或脫硝跳閘后有氨氣噴入反應器，對空預 器堵塞。當反應器跳閘、煙氣溫度低于300C或噴氨關斷閥已關時強制關閉對應 的噴氨調節

12、閥。4、應用效果串級變參數的控制策略在我廠#1、#2號脫硝自動中實施的半年中，脫硝自動 的運行品質較之前單回路控制策略有了明顯的改善，在系統穩定負荷、變負荷、 煤質變化及煙氣流量波動的條件下減小了反應器器出口 NOX 控制在合理的范圍之 內。4.1、串級變參數的控制策略使用，使噴氨自動控制系統可以穩定投入。脫 硝投入率從不到30%提高至90%以上。脫硝自動系統穩定，動靜態偏差均符合脫 硝自動要求。圖中紅色為反應器出口 NOX設定值，綠色為反應器出口 NOX,粉色為反應器入 口 NOX,藍色為氨逃逸。優化前反應器出口 NOX隨入口 NOX波動大，氨逃逸率平均 在1.5ppm，由于波動大，運行人員不投自動，自動投入率不到30%；反應器入口NOX在341mg/Nm3至421 mg/Nm3之間波動，反應器出口 NOX動態偏差為12 mg/Nm3,穩態偏差為6 mg/Nm3，氨逃逸平均0.5ppm。4.2、氨耗占脫硝成本的50%以上，通過優化脫硝自動投入穩定性和經濟性有 了大幅提高，降低了氨耗，減少氨逃逸率，保證了空預器及電除塵的安全穩定運 行。半年節約氨氣費用為：2200元/噸*1500噸 - 2200元/噸*1300=44萬元4.3、脫硝自動投入穩定投入，減少了運行人員的操作強度和失誤，也減少 了脫硝出口 NOX的