600MW超超臨界脫硝系統(tǒng)SCR供氨控制邏輯優(yōu)化

吉海龍

摘 要：脫硝系統(tǒng)SCR出口NOx濃度控制回路采用串級(jí)控制系統(tǒng)，副回路根據(jù)當(dāng)前的煙氣流量、SCR入口NOx濃度和出口NOx設(shè)定值計(jì)算出大概所需氨氣流量，主回路根據(jù)出口NOx設(shè)定值與實(shí)際值的偏差輸出一個(gè)修正系數(shù)來(lái)修正副回路的設(shè)定值，形成閉環(huán)控制。脫硝系統(tǒng)SCR供氨控制邏輯優(yōu)化，提高脫硝效率。

關(guān)鍵詞：SCR；PID；NOx濃度；負(fù)荷前饋；模糊控制

1 概述

目前國(guó)內(nèi)環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，對(duì)企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)提高，脫硝系統(tǒng)逐步成為火電廠必不可少的項(xiàng)目，SCR脫硝系統(tǒng)具有較高的脫硝效率，是大型火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)改造的選擇，目前對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的研究主要在物理原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式方面，而事實(shí)上脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)控制也是至關(guān)重要。

SCR脫硝閉環(huán)控制策略基本設(shè)定為摩爾比控制方式，該控制方式下設(shè)定值為氨氮摩爾比或者脫硝效率，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的入口煙氣流量、SCR系統(tǒng)入口NOx濃度和設(shè)定氨氮摩爾比計(jì)算出NH3流量需求，通過(guò)流量PID調(diào)節(jié)器改變氮?dú)忾y開(kāi)度調(diào)節(jié)NH3實(shí)際流量，比控制方式近似于開(kāi)環(huán)控制，脫硝系統(tǒng)NH3需求量?jī)H根據(jù)靜態(tài)物理特性計(jì)算得出；部分電廠總結(jié)固定摩爾比控制方式不足，采取固定SCR出口NOx濃度控制方式，此時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為SCR出口NOx濃度，并根據(jù)其與實(shí)際出口NOx濃度的偏差來(lái)動(dòng)態(tài)修正氨氮摩爾比，達(dá)到閉環(huán)控制SCR出口NOx濃度的效果。

2 河源電廠SCR脫硝系統(tǒng)現(xiàn)狀

河源電廠SCR出口NOx濃度控制回路采用串級(jí)控制系統(tǒng)，副回路根據(jù)當(dāng)前的煙氣流量、SCR入口NOx濃度和出口NOx設(shè)定值計(jì)算出大概所需氨氣流量，主回路根據(jù)出口NOx設(shè)定值與實(shí)際值的偏差輸出一個(gè)修正系數(shù)來(lái)修正副回路的設(shè)定值，形成閉環(huán)控制（如圖1所示）。

3 SCR供氨控制邏輯優(yōu)化

3.1 升降負(fù)荷時(shí)，入口NOX濃度瞬時(shí)變化大

通過(guò)查詢曲線發(fā)現(xiàn)，升負(fù)荷時(shí)，入口NOX濃度降低，對(duì)控制回路未造成影響。但在降負(fù)荷情況下，入口NOX濃度迅速升高。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出口NOX濃度延時(shí)變化約2-3分鐘，呈典型的大滯后特性。當(dāng)出口NOX開(kāi)始變化時(shí)，控制回路調(diào)節(jié)時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過(guò)，就會(huì)出現(xiàn)出口NOX濃度一直上升超限。

解決方案：由于副回路的控制特點(diǎn)是動(dòng)作快，因此選擇在副回路上增加負(fù)荷前饋，取協(xié)調(diào)負(fù)荷變動(dòng)量作為依據(jù)，根據(jù)調(diào)試確定一個(gè)F（X）函數(shù)關(guān)系，輸出數(shù)值疊加在副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值上（如圖1紅框所示）。負(fù)荷變動(dòng)量為目標(biāo)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的差值，在降負(fù)荷時(shí)，反應(yīng)迅速，在降負(fù)荷初期就將補(bǔ)償供氨量疊加至副回路的設(shè)定值上，從而消除了負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)供氨控制系統(tǒng)的干擾。

3.2 SCR入口CEMS定期在線校準(zhǔn)

CEMS系統(tǒng)本身具有定期在線校驗(yàn)功能，周期為1H，每次校準(zhǔn)10分鐘。在校驗(yàn)期間入口與出口NOX濃度會(huì)維持當(dāng)前值不變。

入口NOX濃度不變會(huì)影響到副調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值變化，例如在降負(fù)荷時(shí)，實(shí)際NOX濃度會(huì)迅速升高，但是在校準(zhǔn)期間濃度維持不變，造成副調(diào)節(jié)回路不參與控制，進(jìn)而影響主調(diào)節(jié)回路的控制。

解決方案：河源電廠每臺(tái)機(jī)組SCR分為A＼B側(cè)，每一側(cè)有自己獨(dú)立的控制系統(tǒng)，煙氣經(jīng)過(guò)省煤器后進(jìn)去A＼B兩側(cè)脫銷系統(tǒng)，因此兩側(cè)有一定的相似性。結(jié)合這個(gè)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)A＼B側(cè)入口NOX濃度變化曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的入口NOX濃度偏差很小，且兩側(cè)入口CEMS基本不會(huì)同時(shí)校準(zhǔn)。基于以上分析，在入口CEMS校準(zhǔn)期間，將兩側(cè)入口NOX濃度進(jìn)行切換，即A側(cè)校準(zhǔn)時(shí)將A側(cè)的入口NOX濃度切換至B入口NOX濃度。這樣就降低了入口CEMS校準(zhǔn)造成副調(diào)節(jié)回路的擾動(dòng)。

3.3 SCR出口CEMS定期在線校準(zhǔn)

出口NOX濃度不變會(huì)影響到主調(diào)節(jié)回路的控制，此時(shí)主調(diào)節(jié)器的反饋至失真，不能反映實(shí)際的出口NOX濃度，主調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)功能，更壞的情況是可能造成串級(jí)控制回路向極端方向發(fā)展。例如，在出口CEMS校準(zhǔn)時(shí)，設(shè)定值與反饋值存在偏差，那么主控制器輸出就會(huì)一直變大或一直變小，反映在調(diào)門上就是一直開(kāi)或一直關(guān)，勢(shì)必會(huì)造成出口NOX濃度要么很小，氨逃逸率增加，要么很大，超出環(huán)保要求指標(biāo)。

解決方案：在出口CEMS校準(zhǔn)時(shí)，我們采用模糊控制策略，不在依據(jù)原有的串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)供氨閥門進(jìn)行控制，而是給定閥門一個(gè)固定開(kāi)度（如圖1紅框所示），無(wú)需出口NOX濃度實(shí)際值反饋，行成一個(gè)開(kāi)環(huán)控制。此時(shí)，給定閥門開(kāi)度由入口NOX濃度與入口煙氣流量乘積來(lái)決定。通過(guò)查詢曲線，確定在不同負(fù)荷下入口NOX濃度與入口煙氣流量乘積數(shù)值所對(duì)應(yīng)的閥門開(kāi)度。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)控制邏輯的優(yōu)化，現(xiàn)在兩臺(tái)機(jī)組煙囪入口NOX濃度可達(dá)到環(huán)保要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用負(fù)荷前饋，消除了PID調(diào)節(jié)對(duì)于脫硝系統(tǒng)氨氣反應(yīng)滯后問(wèn)題，切換入口NOx濃度，解決了在CEMS校準(zhǔn)中，無(wú)法正常調(diào)節(jié)的問(wèn)題，旁路運(yùn)行模糊控制，有效地提供了自動(dòng)調(diào)節(jié)的依據(jù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的能力，提高了脫硝效率，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

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