变参数控制在脱硝自动中的应用

1、变参数控制在脱硝自动中的应用【摘 要】目前火电机组几乎都采用SCR脱硝系统，长期以来对SCR脱硝系 统的研究主要针对于其物理原理、设备结构和运行方式方面，却一直忽略了对脱 硝自动控制策略的研究，而事实上脱硝系统的自动控制品质与电厂的长期运行成 本密切相。针对脱硝系统喷氨、SCR反应、出口 NOX的变化整个控制系统具有延 迟、大滞后、自平衡等特性。我厂脱硝控制系统采用了采用串级变参数的控制策 略来适应SCR反应的特性，使脱硝自动投入率和投入效果得到很大的改善，减低 了氨气消耗量，减少了脱硝出口 NOX的超排时间，也保证也空预期的正常运行。【关键词】选择性催化还原SCR控制策略变参数NOX1.概述

2、大唐宝鸡热电厂脱硝采用选择性催化还原反应SCR，每台锅炉布置两台SCR 反应器，烟气从锅炉省煤器后烟道引出。通过SCR反应器进行脱销反应，再送至 空气预热器前烟道，SCR反应器本体内装有蜂窝壮催化剂，混合好的烟气与氨 （液氨气化）进入反应器本体后，在催化剂的催化作用下烟气中的NO与氨进行 氧化还原反应，生成N和水，达到脱硝的目的。脱硝在线监测系统采用北京雪迪龙SCS-900烟气连续监测系统（烟气分析 仪），在A.B侧反应器进、出口烟道上各有一套，脱硝反应器入口烟道布置流量、 温度、压力测量仪、NO与O2浓度测量仪、湿度仪，出口布置NO、02与NH3逃逸 测量仪、湿度仪及温度、压力、流量测量。C

3、EMS采样系统采取完全抽取干式测量 法。气体分析仪为西门子ULTRAMAT 23,设定为每过两小时仪表通过空气自动校准 零位。脱硝系统由主机DCS控制，采用北京和利时自动化有限公司的MACSV系统。 喷氨自动控制系统执行机构采用的是西门子智能阀门定位器。1.脱硝自动控制存在的问题及原因分析2.1在喷氨自动的控制策略方面，我厂原设计为运行人员手动设定SCR区反 应器出口 NOX浓度，设定值与实际出口 NOX浓度动态偏差进行调节的单回路控制 系统。投入率和投入效果均不理想，整个控制系统抗干扰性差，在入口 NOX浓度、 烟气流量小幅扰动的情况下，就会对整个控制系统带来很大的扰动，烟囱入口 NOX容易

4、超标。2.2控制系统调节器的参数简单，未考虑到SCR反应系统具有大滞后、自平 衡等特性。PID始终处在调节状态，且超调现象严重，执行器动作频繁，缩短执 行器的使用寿命；反应器出口氨逃逸偏大，氨耗高，增加运行成本，当氨逃逸大 于2.5ppm引起脱硝跳闸，导致烟囱入口 NOX超标。逃逸的氨在空预器中与SO3 生成硫酸氢氨，由于硫酸氢氨物理性质较粘，吸附烟气中的灰尘，附着在空预器 换热板上，造成空预器堵塞，严重影响机组的正常运行，2.3脱硝CEMS系统气体分析仪容易出现零点漂移，为了保证分析仪零点准 确性，分析仪每隔两个小时利用空气对零点进行自动标定。自动标定时间为 lOmin，在此期间分析仪表参数

5、的测量保持在标定前值。此时仪表显示NOX值 不 能够反应实际烟气中NOX的变化.NOX参与调解没有实际意义，自动标定结束后 仪表恢复正常测量值与仪表保持值存在偏差，引起控制系统扰动。3、 控制策略制定及实施根据脱硝SCR系统具有大滞后、自平衡等特性，采用串级变参数的控制策略。 主调直接来调节反应器出口 NOX标态值，通过反应器出口 NOX设定值和测量值得 差值计算出所需氨气流量得变化量；副调来调节所喷射的氨气流量，利用氨氮摩 尔比原理，控制系统根据当前的烟气流量、SCR入口 NOX浓度和设定氨氮摩尔比 计算出氨气流量，然后加上主调计算出的氨气流量的变化量做为副调的设定值， 氨气流量设定值与实际

6、氨气流量差值计算出阀门开度。副调为粗调，快速响应入 口 NOX变化和烟气流量的变化，主调为细调，校正反应器出口 NOX跟随设定值。调节器参数整定变参数的应用由于脱硝系统喷氨和反应器出口 NOX的变化是典型的大滞后被控对象。调节 器参数设定过强，只要反引起出口 NOX与设定值有偏差，氨气流量波动大，致出 口 NOX很难稳定；调节器参数设定过弱，当出口 NOX与设定值相差较大时，调节 器需要很长的调节时间，会导致反应器出口 NOX超过国家环保标准值或反应器出 口 NOX长时间维持在低线。这两种情况的耗氨量都高。采用变参数调节器来适应 SCR反应系统的滞后、自平衡能力的特性。国家环保要求脱硝出口 N

7、OX不能超过50mg/Nm3 ,运行将脱硝出口 NOX设定在 20mg/Nm3 -40mg/Nm3之间。设定反应器出口 NOX与其设定值偏差为e mg/Nm3。丨e|8mg/Nm3时，比例带200，积分时间250；调节器参数强，尽快减小偏 差。4mg/Nm3 |e|3时，比例带260，积分时间350；调节器参相对弱， 进行正常调整。|e|3 时，比例带360，积分时间450；调节器很弱，维持氨气流量， 使SCR反应系统自动平衡。副调节器通过调节阀门开度调节氨气流量，主要消除负荷变化、氨气 流量波动、煤质和燃烧引起反应器入口 NOX浓度变化等原因引起的扰内，为是粗 调，要求动作快。要求调节器参数

8、相对强（比例带180，积分时间150）理论氨气流量的计算脱硝主要的反应机理是：通过在合适的温度（约300C420C ）下向有催化 剂的反应器里喷入的适量的氨，其会产生如下的化学反应:4NO + 4 NH3+O2 4N2+6H202N02 + 4 NH3 +02 3N2+6H20所需理论氨气流量按氨氮摩尔比1:1计算，反应器入口 N0X标态值减去出口 N0X的设定值乘以入口烟气流量标态值。脱硝效率在80%-90%以上，可以消除机 组负荷、煤质变化等对出口 NOX的影响。CEMS仪表自动标定为了防止CEMS仪表零位漂移对测量造成影响，系统每过两个小时利用空气 对分析仪表的零位进行自动标定，自动标定

9、时间为10min，在此期间分析仪表参 数的测量保持在标定前值。此时仪表显示NOX值不能够反应实际烟气中NOX的 变化. N0X 参与调解没有实际意义，自动标定结束后仪表恢复正常测量值与仪表 保持值存在偏差，引起控制系统扰动。3.3.1脱硝A、B侧反应器出入口 4块分析仪自动标定的时间设置相差半小 时，当A侧入口分析仪自动标定时，A侧入口 NOX依据B侧入口 NOX变化来调节。（记录自动标定前A侧入口 NOX与B侧入口 NOX比值，在A侧入口分析仪自动 标定时，A侧入口 NOX等于记录比值乘以B侧入口 NOX比值，这样也能反应真 实A侧入口 NOX变化。3.3.2当A侧出口分析仪自动标定时，A侧

10、出口 NOX依据A侧入口 NOX变化 来调节。（记录自动标定前A侧出口 NOX与A侧入口 NOX比值，在A侧出口分 析仪自动标定时，A侧出口 NOX等于记录比值乘以A侧入口 NOX比值，这样也 能反应真实A侧出口 NOX变化。喷氨自动控制回路安全措施设置3.4.1当出口 NOX浓度大于45mg/Nm3时，执行机构的手操器将闭锁关指令。 防止自动控制回路超调而造成反应器出口 NOX瞬时超标。3.4.2 当喷氨调节阀投入自动时，为了防止异常工况下，调节阀门全关和全 开，造成反应器出口 NOX超标或出口氨逃逸过高。设置喷氨调节阀指令上限90%, 下限10%。为了防止积分饱和，副调节器输出上限90%，

11、下限10%，主调节器输出 上限88t/h，下限20t/h（阀门开至90%时，氨气流量88t/h ；阀门开至10% 时，氨气流量 20t/h ；）3.4.3 是合理设置调节阀切手动条件：a 、反应器入口 NOX 坏点；b 、反应器出口 NOX 坏点；c 、氨气流量坏点；d 、调节阀指令与反馈偏差值大于 10%；e 、出口 NOX 设定值与测量值偏差大于 25mg/Nm3；f 、脱硝反应器跳闸；以上任意条件触发，调节阀切至手动并软光字报警提醒运行人员。为了防止脱硝投入条件不具备或脱硝跳闸后有氨气喷入反应器，对空预 器堵塞。当反应器跳闸、烟气温度低于300C或喷氨关断阀已关时强制关闭对应 的喷氨调节

12、阀。4、应用效果串级变参数的控制策略在我厂#1、#2号脱硝自动中实施的半年中，脱硝自动 的运行品质较之前单回路控制策略有了明显的改善，在系统稳定负荷、变负荷、 煤质变化及烟气流量波动的条件下减小了反应器器出口 NOX 控制在合理的范围之 内。4.1、串级变参数的控制策略使用，使喷氨自动控制系统可以稳定投入。脱 硝投入率从不到30%提高至90%以上。脱硝自动系统稳定，动静态偏差均符合脱 硝自动要求。图中红色为反应器出口 NOX设定值，绿色为反应器出口 NOX,粉色为反应器入 口 NOX,蓝色为氨逃逸。优化前反应器出口 NOX随入口 NOX波动大，氨逃逸率平均 在1.5ppm，由于波动大，运行人员不投自动，自动投入率不到30%；反应器入口NOX在341mg/Nm3至421 mg/Nm3之间波动，反应器出口 NOX动态偏差为12 mg/Nm3,稳态偏差为6 mg/Nm3，氨逃逸平均0.5ppm。4.2、氨耗占脱硝成本的50%以上，通过优化脱硝自动投入稳定性和经济性有 了大幅提高，降低了氨耗，减少氨逃逸率，保证了空预器及电除尘的安全稳定运 行。半年节约氨气费用为：2200元/吨*1500吨 - 2200元/吨*1300=44万元4.3、脱硝自动投入稳定投入，减少了运行人员的操作强度和失误，也减少 了脱硝出口 NOX的