脱硝精准喷氨优化控制策略

来源:投稿网 时间:2024-05-23 10:00:04

引言

目前，我国燃煤机组在整个发电行业中仍占很大比例。在国家超低排放标准的要求下，必须采用精细、经济的喷氨优化调整。燃煤电站锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物（NOX）严重危害生态环境，成为锅炉烟气污染物的主要控制指标之一[1]。目前，脱硝优化的控制模式对超临界机组的脱硝优化研究具有重要意义。

近年来，随着社会对环境保护的重视，国内燃煤机组普遍实施了超低排放改造，NOX排放浓度控制在50mg/nm3以内，部分地区对排放要求提出了更严格的标准。在新形势下，原SCR脱硝系统喷氨控制不准确、调节滞后等问题日益突出，导致部分工况下氨逃逸和NOX排放浓度不能满足环保要求。电厂经常通过增加喷氨量来控制出口NOX排放，这将导致氨逃逸和硫酸氢氨（ABS）形成的概率也显著增加。2-6导致空气预热器等重要设备硫酸氢铵堵塞。

本文根据国家能源集团徐州发电有限公司2号炉1000MW超临界机组脱硝优化项目，对1000MW机组进行了准确的喷氨研究和调试，并对调试过程中遇到的问题进行了分析和研究。

精确喷氨优化控制系统概述脱硝系统。

1.1脱硝系统精确喷氨优化控制模式。

脱硝精密喷氨是在机组运行中，通过计算锅炉运行中的相关参数，实现喷氨量的精确控制，从而在脱硝控制自动化的基础上实现脱硝控制的精确目的。在机组原DCS系统的基础上，外部优化服务器作为远程站控制SCR脱硝系统。优化服务器应用脱硝精密喷氨优化控制策略，从DCS侧获取参与脱硝精密喷氨的系统设备状态，测量点参数数据。优化服务器完成先进控制算法的操作后，将操作结果发送到DCS侧，DCS最终实现现场设备的控制。

1.2脱硝系统精准喷氨优化控制策略。

脱硝精准喷氨优化控制策略应用于外部优化服务器，由精准喷氨NOX智能前馈、出口NOX闭环控制和喷氨阀控制三部分组成。SCR脱硝NOX智能前馈通过收集锅炉运行的相关数据计算，预测脱硝系统入口NOX值，转换不同负荷条件下的最佳喷氨量前馈，及时参与脱硝喷氨调节，避免脱硝出口NOX大幅波动；出口NOX闭环控制采用MPC预测控制模型算法等先进控制算法，实现出口NOX浓度的准确控制；喷氨阀控制采用PID控制模式，以适应喷氨阀的流量特性，实现喷氨流量的调节。

精确喷氨优化控制系统调试脱硝系统。

根据现场施工调试顺序，脱硝系统精密喷氨优化控制系统调试分为冷态调试（机组停机期）和热态调试（机组运行期）。冷态调试的目的是实现外部优化服务器与机组DCS系统的数量和模拟量之间的通信，以及精确喷氨优化控制系统与原脱硝控制之间的无扰切换。热调试过程是结合机组运行情况，计算和分析机组NOX的变化，调整精确的喷氨优化控制策略，以达到最佳的控制效果。

2.1冷态调试。

本次精密喷氨改造增加了一个优化控制器、一个热控电源柜和两个烟气分析仪柜。该系统采用Modbus传输协议作为DCS和优化服务器优化服务器、DCS和仪表柜的通信协议。通信以DCS为主通信站，优化服务器和仪表柜为远程站。

优化服务器作为远程站，实现准确的氨喷射优化控制策略，控制结果通过通信界面连接到DCS。当地仪器和控制设备通过硬接线连接到DCS。优化服务器实现准确的氨喷射优化控制策略，包括预测控制等先进算法操作。将操作结果发送到DCS侧，最后由DCS控制现场设备。

为实现精准喷氨优化控制系统与原脱硝控制的无扰切换，DCS侧采集数据，增加相应的保护逻辑。在DCS侧设置切割按钮，以优化服务器的无扰切换功能。确保精准喷氨控制系统的设定值跟随脱硝NOX的实际值，无需投资。

改造后，DCS可实现现场设备的手动和自动控制，并在DCS中增加必要的精确喷氨系统切割保护和锁定功能。DCS操作员站可实现精确喷氨控制系统的投入、切除和正常运行中的监控。在紧急情况下，操作人员可以手动操作脱硝系统或单个设备，以防止事故扩大。当优化服务器故障时，脱硝优化系统将自动切除，以实现DCS侧脱硝系统的常规操作和参数监控。

2.2热态调试。

热调试是在机组运行过程中，结合机组特点调整和匹配脱硝精密喷氨优化控制策略的过程。在热调试前，需要检测DCS与优化服务器之间的通信，以确保数据传输的准确性和及时性。需要验证无干扰切换功能正常，以确保脱硝精密喷氨系统在紧急情况下能够正常切除。

热调试分为三部分，按调试顺序分为喷氨阀控制调试、出口NOX闭环控制调试和精准喷氨NOX智能前馈。

喷氨阀控制采用PID调节，喷氨阀的开度根据喷氨流量设定值与实测值的偏差进行控制。在机组负荷稳定的情况下，投入精确的脱硝喷氨控制系统，手动设置喷氨流量手动设置值，观察喷氨流量手动设置值输出和实际喷氨流量值变化，整定喷氨阀控制PID，确保自动设置喷氨流量，喷氨流量设置值手动设置值手动设置值输出可快速响应，使实际氨流量值氨流量值。

喷氨阀控制调试后，出口NOX闭环控制部分开始调试。出口NOX闭环控制采用先进的控制算法，实现出口NOX浓度的准确控制。根据电厂的实际情况，以总排烟囱入口NOX浓度值为受控对象进行控制。这种情况严重滞后于出口NOX闭环控制，增加了总排烟囱入口NOX浓度动态转换模块，补偿了总排烟囱入口NOX测点滞后的影响。通过对50%、60%、70%、80%、90%、100%负荷段NOX变化特性的分析，对出口NOX闭环控制算法进行相应的参数优化调整。

出口NOX闭环控制调试完成后，加入精准喷氨NOX智能前馈进行热态整体调试。精准喷氨NOX智能前馈采集机组运行过程中与NOX变化相关的系统参数，包括机组启停磨、升降负荷、机组总燃料量等。计算出相应入口NOX的变化量，然后计算出不同负荷下的氨氮摩尔比，以获得机组运行中各种工况下的喷氨量。精准喷氨NOX智能前馈的作用是保证机组变化条件下喷氨量的及时性和SCR出口NOX值的稳定性。

脱硝系统精准喷氨优化控制系统的运行效果。

根据机组运行中稳定负荷条件、变负荷条件和机组启停磨条件，比较脱硝系统精确喷氨优化控制系统与原脱硝系统的运行效果。

在负荷稳定的条件下，机组原有的脱硝控制系统在SCR入口NOX浓度稳定的情况下，总排烟囱入口NOX值波动较大，超过环保评估值50mg/nm3。最大值与设定值的偏差为81mg/nm3。

国华智能控制精准喷氨优化投入后，总排烟囱入口NOX设定值为32mg/NM3，烟囱入口NOX浓度波动32±3mg/NM3。

脱硝精准喷氨优化前后效果对比：

在变负荷条件下，出口NOX随波动明显，总排烟囱入口NOX浓度波动较大，NOX浓度实测值偏差在设定值±28mg/NM3范围内波动。

在负荷变化条件下，投入国华智能控制精准喷氨优化控制系统。喷氨量可根据负荷和入口NOX浓度的变化快速调整。总排烟囱入口NOX浓度在短时间上升后迅速下降，短时间波动后回到设定值±5mg/nm3之间稳定运行。