尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)狀和智能化控制探索

吳濤杰

摘 要：本文特針對(duì)尿素?zé)峤饷撓跫夹g(shù)中普遍存在的自動(dòng)調(diào)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，提出可行性措施。

關(guān)鍵詞：尿素脫硝 自動(dòng)調(diào)節(jié) 測(cè)量延遲時(shí)間 報(bào)表生成 拐點(diǎn)

尿素脫硝調(diào)節(jié)現(xiàn)狀：

根據(jù)調(diào)查了解，采用尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)的工廠，由于其自動(dòng)調(diào)節(jié)國(guó)內(nèi)外沒(méi)有可借鑒的成熟方案，控制邏輯多數(shù)是在投運(yùn)后，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況，各生產(chǎn)企業(yè)自行修改、完善。但現(xiàn)階段尿素脫銷(xiāo)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程普遍存在，調(diào)節(jié)滯后、脫硝效率波動(dòng)大等問(wèn)題，需要人為大量手動(dòng)干預(yù)。

本文以珠江電廠尿素脫硝系統(tǒng)為例，其熱解爐內(nèi)起到稀釋和加熱作用的熱風(fēng)取自熱一次風(fēng)出口管道，經(jīng)過(guò)電加熱器加熱，進(jìn)入SCR反應(yīng)區(qū)。在省煤器和空氣預(yù)熱器之間煙道裝置三層催化劑，后經(jīng)過(guò)除塵器和引風(fēng)機(jī)進(jìn)入GGH和吸收塔，最后排至煙囪。

尿素脫硝調(diào)節(jié)難點(diǎn)

由于凈煙氣NOx測(cè)點(diǎn)在煙囪入口處，脫硝率根據(jù)省煤器出口處NOx測(cè)點(diǎn)和空預(yù)器入口處NOx測(cè)點(diǎn)計(jì)算得出。以尿素噴槍流量改變時(shí)間為基準(zhǔn)，尿素溶液噴進(jìn)熱解爐反應(yīng)的時(shí)間和熱解爐到SCR反應(yīng)區(qū)時(shí)間，加煙氣從SCR反應(yīng)區(qū)至空預(yù)器時(shí)間為脫硝率測(cè)量延遲時(shí)間t1。煙氣從空預(yù)器入口經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫設(shè)備等流至煙囪入口時(shí)間為t2。則煙囪入口NOx測(cè)量延遲時(shí)間t等于t1、t2之和。由于各機(jī)組煙氣流場(chǎng)、流速不同，t1在1.5-2.5分鐘不等，t在3-7分鐘不等。

目前尿素脫硝系統(tǒng)的難點(diǎn)主要集中在測(cè)量延遲時(shí)間上。負(fù)荷、燃燒工況、熱一次風(fēng)流量，系統(tǒng)阻力，引風(fēng)機(jī)出力等各環(huán)節(jié)都可能影響到測(cè)量延遲時(shí)間，導(dǎo)致常規(guī)的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在負(fù)荷和脫硝入口NOx發(fā)生變化時(shí)難以及時(shí)作出比對(duì)。

同時(shí)現(xiàn)階段尿素?zé)峤鈬姌屨{(diào)節(jié)系統(tǒng)（MDM），由于各噴槍調(diào)門(mén)各自的閥門(mén)特性不同，壓縮空氣和尿素流量分配不一致等問(wèn)題。導(dǎo)致實(shí)際流量變化和DCS指令之間存在一定的響應(yīng)時(shí)間。

脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)為減少延遲以脫硝率主要調(diào)節(jié)手段，而環(huán)保指標(biāo)以煙囪入口測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。這就需要工作人員根據(jù)脫硝率變動(dòng)趨勢(shì)和煙囪入口測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)比對(duì)，人為改變脫硝率或者手動(dòng)干預(yù)噴氨量。在脫硝入口NOx和負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程中，人的發(fā)現(xiàn)時(shí)間和專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不同更大程度的增加了脫硝調(diào)節(jié)的延遲和出口波動(dòng)幅度。環(huán)保考核普遍以小時(shí)均值為標(biāo)準(zhǔn)，脫硝調(diào)節(jié)延遲、小時(shí)節(jié)點(diǎn)大幅波動(dòng)是造成均值超標(biāo)的重要原因。同時(shí)調(diào)節(jié)品質(zhì)差對(duì)氨逃逸的影響很大，容易造成空預(yù)器堵塞，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)喘振等一系列問(wèn)題。脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)的靈敏度和穩(wěn)定性，是尿素脫硝系統(tǒng)現(xiàn)階段急需解決的問(wèn)題之一。

現(xiàn)階段解決辦法

基于尿素脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中存在的問(wèn)題，在缺乏可借鑒控制邏輯的情況下，珠江電廠工作人員結(jié)合近年來(lái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，和遇到的問(wèn)題，不斷嘗試和完善，通過(guò)分段控制方式，提高運(yùn)行工作人員技術(shù)水平和責(zé)任心，基本實(shí)現(xiàn)脫硝超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)。

由于負(fù)荷對(duì)煙氣流場(chǎng)和脫硝測(cè)量延遲時(shí)間的影響最為顯著，故對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)負(fù)荷150MW至300MW每30MW負(fù)荷進(jìn)行分段，300MW至320MW單獨(dú)分段，每段負(fù)荷內(nèi)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確認(rèn)各負(fù)荷脫硝測(cè)量大致延遲時(shí)間，取得反饋調(diào)節(jié)參考點(diǎn)。然后根據(jù)理論尿素溶液需量進(jìn)行PID運(yùn)算得出補(bǔ)償后尿素溶液需量，尿素噴槍的實(shí)際流量隨補(bǔ)償后需量變動(dòng)。

其中理論尿素溶液需量根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算得出，其公式：

理論尿素溶液需量=5×（機(jī)組負(fù)荷÷320）×（入口NOx濃度×17÷46）×（脫硝效率設(shè)定值/100 + 氨逃逸×2.05/入口NOx濃度）×3.095975

理論尿素溶液需量在實(shí)際運(yùn)行中存在一定偏差，必須根據(jù)實(shí)際效率進(jìn)行補(bǔ)償，其閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的延遲性和反饋點(diǎn)的選取，必然造成脫硝品質(zhì)的惡化。進(jìn)行分段調(diào)節(jié)改造后，珠江電廠4×320MW 機(jī)組，尿素脫硝調(diào)節(jié)品質(zhì)有了明顯提高。但在負(fù)荷和脫硝入口NOx出現(xiàn)大幅波動(dòng)過(guò)程中仍然需要及時(shí)手動(dòng)干預(yù)，同時(shí)需要頻繁調(diào)整脫硝率設(shè)定值。尿素脫硝系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)仍然需要進(jìn)一步完善。

未來(lái)尿素脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)可行性探索

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)尿素脫硝全自動(dòng)調(diào)節(jié)，最可行的方法是利用控制系統(tǒng)的歷史記錄軟件和報(bào)表生成軟件等，通過(guò)對(duì)煙氣系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化，不斷學(xué)習(xí)記憶不同狀態(tài)下尿素溶液需量、測(cè)量延遲時(shí)間，和脫硝效率。在煙氣系統(tǒng)狀態(tài)改變時(shí)，立刻做出調(diào)整，大幅減小尿素脫硝系統(tǒng)調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性。

一.簡(jiǎn)化煙氣系統(tǒng)模型，減少變量。通過(guò)對(duì)珠江電廠分段控制方式運(yùn)行的長(zhǎng)期觀察、統(tǒng)計(jì)，燃煤特性，煙氣流場(chǎng)中風(fēng)量，燃燒器擺角，鍋爐吸熱量、系統(tǒng)阻力等等諸多因素，可以簡(jiǎn)化為各機(jī)組負(fù)荷與脫硝入口NOx濃度兩個(gè)變量。

二.尿素脫硝調(diào)節(jié)過(guò)程隨著負(fù)荷和入口NOx波動(dòng)，外部調(diào)整變化的先后順序是尿素溶液實(shí)際流量，脫硝率，和煙囪入口NOx含量。每次波動(dòng)過(guò)程這些參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生波峰和波谷。尿素溶液實(shí)際流量歷史趨勢(shì)的拐點(diǎn)處的尿素流量，對(duì)應(yīng)的其后最近處脫硝率相應(yīng)拐點(diǎn)數(shù)據(jù)，又對(duì)應(yīng)其后最近處煙囪入口NOx含量相應(yīng)拐點(diǎn)數(shù)據(jù)。通過(guò)這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系可以得出機(jī)組在一定負(fù)荷和脫硝入口NOx含量情況下，保證A、B側(cè)脫硝率和煙囪入口NOx含量在正常范圍，所需要的噴氨量的經(jīng)驗(yàn)值。 在比對(duì)精準(zhǔn)的情況下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，最近一次相同負(fù)荷和相同脫硝入口NOx，達(dá)到正常煙囪入口NOx排放標(biāo)準(zhǔn)范圍，所需的尿素溶液流量，誤差率不超過(guò)4%。此誤差引起的波動(dòng)，和穩(wěn)定負(fù)荷和脫硝入口NOx時(shí)由于噴氨調(diào)門(mén)的特性和脫硝PID調(diào)節(jié)引起的正常波動(dòng)幅度基本相同，能夠保證煙氣狀態(tài)波動(dòng)時(shí)，脫硝調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

三.現(xiàn)有的XDPS的報(bào)表系統(tǒng)是基于MS EXCEL電子表格軟件之上的。報(bào)表的收集軟件將需收集和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)按定義存放人數(shù)據(jù)庫(kù)（一般采用Access）。其歷史記錄軟件可按周期收集實(shí)時(shí)網(wǎng)上的模擬量和開(kāi)關(guān)量的歷史數(shù)據(jù)。周期和觸發(fā)報(bào)表可按周期或定義的周期所得到的周期性或觸發(fā)性時(shí)數(shù)據(jù)收集報(bào)表，記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可由再現(xiàn)軟件隨時(shí)調(diào)出。利用微分計(jì)算，生成實(shí)際負(fù)荷、入口NOx及其對(duì)應(yīng)的噴氨量、煙囪出口NOx歷史數(shù)據(jù)拐點(diǎn)，并保存在報(bào)表中，在技術(shù)層面是沒(méi)有瓶頸的，只需功能的完善。

四.以珠江電廠機(jī)組為例，把負(fù)荷從150MW到320MW每5MW作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間，把脫硝入口NOx從140㎎/m3到600㎎/m3每20㎎/m3作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間。每個(gè)負(fù)荷區(qū)間對(duì)應(yīng)23個(gè)脫硝入口NOx數(shù)值，共需統(tǒng)計(jì)782個(gè)煙囪入口NOx在40-45㎎/m3時(shí)對(duì)應(yīng)的尿素溶液需量和脫硝率及測(cè)量延遲時(shí)間。報(bào)表生成以煙囪入口NOx的歷史趨勢(shì)在40-45㎎/m3區(qū)間的拐點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn)，向前采集對(duì)應(yīng)脫硝率拐點(diǎn)和尿素實(shí)際流量拐點(diǎn)，以及尿素溶液實(shí)際流量拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)刻，機(jī)組的負(fù)荷和脫硝入口NOx數(shù)值，同時(shí)記錄下測(cè)量延遲時(shí)間t1和t2。其中拐點(diǎn)的選取遵照煙囪入口NOx極大值處拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)脫硝率極大值處拐點(diǎn)和尿素溶液實(shí)際流量極大值處拐點(diǎn)，煙囪入口NOx極小值處拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)脫硝率極小值處拐點(diǎn)和尿素溶液實(shí)際流量極小值處拐點(diǎn)。報(bào)表每?jī)尚r(shí)更新一次，取已有數(shù)據(jù)和新采集數(shù)據(jù)平均值。

五.當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)超出原統(tǒng)計(jì)區(qū)間±2MW，或者脫硝入口NOx波動(dòng)超出原統(tǒng)計(jì)區(qū)間±10mg/m3時(shí)，觸發(fā)尿素溶液補(bǔ)償后需量發(fā)生階躍變化，自動(dòng)改變脫硝率設(shè)定值，選取報(bào)表中相應(yīng)負(fù)荷和入口NOx生成的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)刷新PID調(diào)節(jié)，更改測(cè)量延遲時(shí)間t1、t2進(jìn)行新的PID 調(diào)節(jié)。

增加尿素脫硝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和記憶功能，通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化變量機(jī)組負(fù)荷和脫硝入口NOx的分段處理，實(shí)現(xiàn)智能化控制，是未來(lái)解決尿素脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)和測(cè)量延遲時(shí)間長(zhǎng)且不斷變化，影響因素過(guò)多系統(tǒng)的可行途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰 讀秀學(xué)術(shù)搜索 XDPS系統(tǒng)工程師站的軟件組態(tài)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 2012年