火电厂SCR脱硝喷氨自动控制策略探讨

许俊永，孙法治

(1.华电国际莱城发电厂,山东 莱芜 271100; 2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

火电厂SCR脱硝喷氨自动控制策略探讨

许俊永1，孙法治2

(1.华电国际莱城发电厂,山东 莱芜 271100; 2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

喷氨自动控制是火电厂SCR脱硝控制系统中为数不多的自动控制系统，由于喷氨自动控制存在较大迟延，其调节一直是一个难点问题，通过SCR区的氨氮反应原理、反应过程、控制系统的分析，制定合理的控制方案，为同类火电厂提供借鉴。

SCR区；脱硝；迟延；喷氨控制；前馈

1 SCR脱硝系统氨氮反应过程

SCR脱硝反应原理如图1所示，脱硝化学反应式为

4NO+4NH3+O2→4N2+ 6H2O

(1)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

(2)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

(3)

其中式(1)和式(3)是主要反应过程，烟气中90%以上的NOx是以NO形式存在。在反应过程中，与NOx反应生成无二次污染的N2和H2O随烟气排放。为使催化剂充分发挥作用，脱硝反应须在一定温度区间内进行。

图1 SCR脱硝反应原理

SCR脱硝工程一般由还原剂系统、催化反应及烟气系统、辅助及公用系统组成。工艺流程如图2所示。

图2 SCR法烟气脱硝工艺流程

通过脱硝装置的烟道及反应器位于锅炉省煤器后空预器前，氨喷射格栅放置在SCR反应器上游位置。烟气在锅炉出口被平均分成两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有2台反应器，在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层后，进入回转式空气预热器、静电除尘、引风机和FGD，最后通过烟囱排入大气[1]。

2 SCR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。

3 控制策略

在SCR脱硝喷氨自动控制系统中，采用控制策略是单回路+前馈控制方式，即SCR区氨气自动调阀自动控制，以出口浓度为目标值的单回路控制方式，计划增加需氨量(为液氨耗量-目前供氨量)计算作为前馈信号，反应器出口NOx浓度作为最终目标值。控制策略SAMA图如图3所示。

图3 SCR区喷氨自动控制SAMA图

控制策略中存在2个重要环节需要复杂计算：一是反应器出口氮氧化物浓度的修正折算信号；二是计划喷氨量前馈信号中的液氨耗量。

NOx一般是指修正到标准状态下氧含量为6%时的干烟气中NOx浓度， 其计算方法为

(4)

式中：NOx(mg/Nm3@6%O2)为修正到标准状态下氧含量为6%时的干烟气中NOx排放浓度，mg/Nm3；O2为实测干烟气中氧含量，%。

计划喷氨量前馈信号中的液氨耗量根据各NOx浓度通过化学计算式计算得到，计算方法如下：

液氨耗量=(烟气量×NO浓度×17/(30×106)+烟气量×NO2×17×4/(46×106)/3×氨氮比)/液氨纯度

氨氮比=脱硝效率/100+逃逸率/入口氮氧化物浓度,标干6%O2

烟气量：干基、标态、6%O2

因为烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%[2]，因此也可以逻辑搭建时，可以根据现场化学仪表的情况，对液氨耗量公式进行搭建。

以折算后的NOx浓度作为被调量，维持出口NOx浓度浓度设定值在60～80 mg/Nm3，可以保证排放符合要求，在实际运行中，运行人员最终以脱硫吸收塔出口烟气的NOx浓度为准对设定值做适当修正。

4 结束语

SCR区喷氨自动控制系统的投用，由于测量环节复杂，受外部因素影响较多，氨逃逸、烟气量、氮氧化物参数时常不准确，需要及时维护，调阀前供氨流量计因管路堵塞造成不准确，喷氨调阀位置堵塞造成控制失灵等都是影响因素，SCR区喷氨自动是近年以来新增自动控制一个较为特殊，随着测量仪表技术的不断更新和自动化技术的进步，SCR区喷氨自动单回路+前馈的控制策略会得到优化提高。

[1] 王 立，贺悦科.SCR烟气脱硝自动化控制系统在三河电厂的应用[J].华北电力技术，2009,39(2):29-31.

[2] 罗子湛，孟立新.燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化[J].电站系统工程，2010,26(2):59-63.

Discussion on Automatic Control Strategy of SCR Denitration Ammonia Injection in Coal-fired Power Plant

XU Junyong1，SUN Fazhi2

(1.Huadian International Laicheng Power Plants,Laiwu, Shandong 271100,China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Ammonia spraying automatic is SCR DeNOxcontrol systems which are few in number in thermal power plant.It’s regulation is a difficulty because of ammonia spraying automatic with a big delay.Reasonable control scheme is made through analyzing ammonia reaction principle,reaction process,SCR control system which is a reference for the similar thermal power plants.

SCR area;denitration;delay;ammonia injection control;feedforward

TM621

A

1004-7913(2017)01-0005-02

许俊永(1978)，男 ，学士，高级工程师，从事热控检修工作。

2016-09-29)