氨自動控制方式優(yōu)化技術

董俞宏

摘 要：本文分析了超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐CEMS系統(tǒng)測量不準導致氨自動控制退出的原因和處理措施，介紹了煙氣連續(xù)檢測系統(tǒng)CEMS的組成與測量分析。闡述如何確定取樣位置以及完善噴氨自動PID控制邏輯；從源頭解決影響氨自動控制投入的技術問題，提高脫硝噴氨自動投入率以及測量準確性。

關鍵詞：CEMS；氨自動；PID；脫銷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.036

1 項目背景

氮氧化物對環(huán)境的污染已經(jīng)成為一個同益嚴重的全球性問題，它對大氣的影響主要有酸雨和較高的地面臭氧濃度，也參與形成空氣中的飄塵。作為氮氧化物排放主要源頭之一的火力發(fā)電廠進行有效的排放量控制對于保護大氣環(huán)境起到至關重要的作用，使得火力發(fā)電廠必須要進行脫硝項目的改造才能滿足此排放標準的要求。我廠#1、#2機組是投運超過二十年的老機組，采用上海鍋爐廠SG420-13.72-M419超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐，實行了SCR改造使得老機組煥發(fā)了新生命，然而，受到鍋爐結構及項目成本限制，脫硝系統(tǒng)沒有過多的考慮CEMS系統(tǒng)測量問題，投運后，出現(xiàn)了Nox等測量不準的難題。

2 系統(tǒng)結構及其所存在的問題

2.1 煙氣連續(xù)檢測系統(tǒng)CEMS的組成與測量分析

經(jīng)過分析分析與論證，我廠在#1、#2機組的脫硝改造中，通過在空預器與省煤器之間直接安裝脫銷反應器SCR，同時在催化元件入口處設置噴氨裝置來實現(xiàn)機組的脫銷功能，并且加裝一套CEMS煙氣分析系統(tǒng)，分別抽取SCR反應器的入口和出口煙氣進行采樣分析，得出下圖所示的一些煙氣成分的參數(shù)，從而用來對實現(xiàn)噴氨自動控制與監(jiān)視。具體的布置如下圖：

當該系統(tǒng)投運一段時間后，脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（ CEMS ）監(jiān)測發(fā)現(xiàn)脫硝出口和入口的煙氣流量、NOx 濃度波動幅度大、不規(guī)律等現(xiàn)象。而且脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（ CEMS ）定期吹掃時，CEMS測量數(shù)據(jù)變化幅度大等，也會造成了噴氨調節(jié)門跟蹤不及時、NOx 濃度超標、噴氨量過大。噴氨量太多會造成設備腐蝕以及逃逸氨的數(shù)量過高等不良影響。以上這些問題的出現(xiàn)會令到噴氨系統(tǒng)經(jīng)常退出自動，脫硝率不及格等。

2.2 煙氣連續(xù)檢測系統(tǒng)CEMS的樣品取樣探頭選取位置不合理

我們發(fā)現(xiàn)#1、#2號爐的脫硝煙氣CEMS是直接在反應器的入口和出口附近進行采樣的，入口煙氣的分析數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定準確，所以著重分析出口的煙氣取樣，引起上述影響的主要是出口煙氣分析出來的數(shù)據(jù)。脫硝出口CEMS抽樣探頭有兩個，現(xiàn)場實際的測點安裝分布如下圖：

上圖可知，原#1、2爐脫硝CEMS系統(tǒng)出口取樣點因與脫硝反應區(qū)距離太近，抽取的煙氣沒有充分混合，因此CEMS測量的NOX波動大，也不能反映平均NOX，造成噴氨自動調節(jié)效果差，因此經(jīng)常出現(xiàn)#1、2爐脫硝出口NOX濃度偏高，脫硝效率偏低的情況

2.3 噴氨自動系統(tǒng)的結構與控制過程

噴氨自動調節(jié)采用的是典型的單回路自動調節(jié)系統(tǒng)，具體邏輯組成如圖3所示：

噴氨自動系統(tǒng)中，主要是手動設定脫硝率值，然后與實際測量計算的脫硝率進行比較計算，得出的值進過PID運算后直接控制噴氨調節(jié)閥來決定噴氨量的大小，實現(xiàn)脫銷率的自動控制。PID模塊中采用純比例調節(jié)，使得系統(tǒng)有快速響應的特點，同時對脫硝率實測值在手動時進行自動跟蹤，可實現(xiàn)手自動的無擾切換。此外還設有脫硝率實測值與設定值偏差大退自動，氨/空氣混合比過大退自動等保護，輸出閥門上下限限制等功能。

2.4 從上面的描述可以得出氨自動控制方式比較差的原因

（1）脫硝出口和入口的煙氣流量、NOx 濃度波動幅度大、不規(guī)律；

（2）脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（ CEMS ）定期吹掃時 CEMS 測量數(shù)據(jù)變化幅度大等，造成了噴氨調節(jié)門跟蹤不及時、NOx 濃度超標、噴氨量過大。

3 提出解決方案

（1）經(jīng)過討論分析，將#1、2爐脫硝出口CEMS系統(tǒng)取樣點后移到#1、2爐脫硫入口煙道，從脫硝出口，經(jīng)過省煤器、尾部煙道、電除塵至脫硫入口，長約180米，按煙氣流速22m/s，更換測點后，氨調節(jié)會出現(xiàn)9～10秒滯后，不影響。煙氣經(jīng)過鍋爐尾部煙道及電除塵后充分混合，煙氣中NOX濃度穩(wěn)定，CEMS測量穩(wěn)定，有利于噴氨自動調節(jié)，改造后大大提高了噴氨自動調節(jié)投入率，確保了脫硝效率，NOX排放濃度達到了環(huán)保要求。

原#1、2爐脫硫原煙氣CEMS只測量SO2和O2兩種成份，經(jīng)研究分析儀與論證確認，在其分析儀內可增加測量NO相關的氣室及傳感器即可實現(xiàn)NOx的測量。

在脫硫入口處進行脫硝出口煙氣的取樣，煙氣從脫硝出口，經(jīng)過省煤器、尾部煙道、電除塵至脫硫入口，使得煙氣得到充分的混合和凈化，繼而使CEMS分析系統(tǒng)測量出來的NOx等脫硝效果監(jiān)測數(shù)據(jù)真實而且穩(wěn)定，確保了噴氨自動調節(jié)不會再因為脫硝出口的數(shù)據(jù)測量問題而經(jīng)常退出自動，同時也消除了噴氨過多等的問題。

（2）在脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（ CEMS ）定期吹掃時，采取將CEMS分析儀表端進行保持處理；在CEMS 定期吹掃時，如果發(fā)生變負荷影響NOX量擾動，在恢復后會導致PID調節(jié)的波動，通過利用A、B側CEMS吹掃校準不同步，則A側吹掃通過B側替代，并進行差值疊加，解決了PID調節(jié)波動的問題。

同時把出口NOX的設定值與實際值偏差大切除噴氨調節(jié)閥自動的保護值適當放大，提高了脫硝噴氨自動投入率，從而提高了脫硝的合格率。

4 結 論

在我廠#1、2機組推廣應用，脫硝出口煙氣取樣后移到脫硫入口煙道后，煙氣經(jīng)過空預器、電除塵等環(huán)節(jié)的充分混合后，使得包括NOx在內的CEMS系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定可靠，消除了原來在反應器出口取樣煙氣的粉塵大，NOx分布不均等造成的脫硝不穩(wěn)定的影響。

后移取樣點所得的NOx等穩(wěn)定數(shù)據(jù)引入到脫硝自動控制邏輯中，通過修改輸出低限限制，增大退自動偏差值等手段，優(yōu)化了自動調節(jié)的品質，取得了良好的效果。

通過解決噴氨自動調節(jié)經(jīng)常退出和脫銷系統(tǒng)過量噴氨的問題，節(jié)約了液氨，明顯減輕了空預器堵塞情況。提高了脫硝合格率，使我廠#1、2機組的煙氣排污可以滿足環(huán)保部最新《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。