变参数串级控制在脱硝自动中的应用

 1 概述 
  大唐宝鸡热电厂脱硝采用选择性催化还原反应SCR,每台锅炉布置两台SCR反应器,烟气从锅炉省煤器后烟道引出。通过SCR反应器进行脱硝反应,再送至空气预热器前烟道,SCR反应器本体内装有蜂窝壮催化剂,混合好的烟气与氨进入反应器本体后,在催化剂的催化作用下烟气中的NO与氨进行氧化还原反应,生成氮气和水。 
  2 脱硝自动控制存在的问题及原因分析 
  (1)原设计为设定值与实际出口NOx浓度动态偏差进行调节的单回路控制系统。机组在负荷波动引起NOx浓度、烟气流量扰动,排入大气 NOx超标。 
  (2)单回路控制系统未考虑到SCR反应系统具有大滞后特性。PID调节超调现象严重,反应器出口氨逃逸偏大,氨耗高,增加运行成本,且逃逸的氨在空预器中与SO3生成硫酸氢氨,由于硫酸氢氨物理性质较粘,附着在空预器换热板上,造成空预器堵塞。 
  3 控制策略制定及实施 
  根据脱硝SCR系统具有大滞后、有自平衡等特性,采用串级变参数的控制策略。主调直接来调节反应器出口NOX标态值,出口NOX设定值和测量值的差值计算出所需氨气流量的变化量;副调来调节所喷射的氨气流量,利用氨氮摩尔比原理,SCR 入口NOX浓度和设定氨氮摩尔比计算出氨气流量,主调计算出的氨气流量的变化量做为副调的设定值,氨气流量设定值与实际氨气流量差值计算出阀门开度。下图为带修正的脫硝串级调节回路: 
  3.1 理论氨气流量的计算 
  脱硝主要的反应机理是:通过在合适的温度下向有催化剂的反应器里喷入的适量的氨,其会产生如下的化学反应: 
  4NO + 4 NH3+O2 →4N2+6H2O 2NO2 + 4 NH3 +O2 →3N2+6H2O 
  3.2 调节器参数整定 
  (1)变参数的应用:由于脱硝系统喷氨和反应器出口NOX的变化是典型的大滞后被控对象。调节器参数设定过强,只要反引起出口NOX与设定值有偏差,氨气流量波动大,致出口NOX很难稳定;调节器参数设定过弱,当出口NOX与设定值相差较大时,调节器需要很长的调节时间,会导致反应器出口NOX超过国家环保标准值或反应器出口NOX长时间维持在低限。这两种情况的耗氨量都高。采用变参数调节器来适应SCR反应系统的大滞后特性。 
  国家环保要求脱硝出口NOX不能超过50mg/Nm3 ,运行将脱硝出口NOX设定在20mg/Nm3 -40mg/Nm3 之间。 
  (2)副调节器通过调节阀门开度调节氨气流量,主要消除负荷变化、氨气流量波动、煤质和燃烧引起反应器入口NOX浓度变化等原因引起的扰内,为是粗调,要求动作快。要求调节器参数相对强(比例带180,积分时间150)。 
  (3)喷氨自动控制回路安全措施设置:当出口NOX浓度大于45mg/Nm3时,执行机构的手操器将闭锁关指令。当喷氨调节阀投入自动时,为了防止异常工况下,调节阀门全关和全开,调节阀指令上限90%,下限10%。为了防止积分饱和,副调输出上限80%,下限10%,主调输出上限88t/h,下限20t/h。 
  (4)为了防止脱硝投入条件不具备或脱硝跳闸后有氨气喷入反应器。当反应器跳闸、烟气温度低于300℃或喷氨关断阀已关时强制关闭对应的喷氨调节阀。 
  4 应用效果 
  (1)串级变参数的控制策略在我厂脱硝自动中中,脱硝自动的运行品质较之前单回路控制策略有了明显的改善,在系统稳定负荷、变负荷、煤质变化及烟气流量波动的条件下减小了反应器器出口NOX控制在合理的范围之内。 
  串级变参数的控制策略使用,使喷氨自动控制系统可以稳定投入。脱硝投入率从不到30%提高至98%以上。脱硝自动系统稳定,动静态偏差均符合脱硝自动要求。 
  (2)优化前反应器出口NOX随入口NOX波动大,氨逃逸率平均在1.5ppm,自动投入率不到30%;反应器出口NOX动态偏差为12 mg/Nm3。优化后稳态偏差为6 mg/Nm3,氨逃逸平均0.5ppm。 
  氨耗占脱硝成本的50%以上,控制方案实施后,机组运行半年,空预器进出口差压始终保持在1kPa以下。 
  5 结论 
  串级变参数和理论氨气流量作为副调的串级控制策略的使用,解决了脱硝反应系统有大滞后给控制系统带来的影响,加强了控制系统抗扰能力,使喷氨自动控制系统可以稳定投入,投入率提高至99%以上。大幅度的减少了氨气消耗量,也保证了空预器的正常运行。 
  参考文献: 
  [1]DL/T774-2015.火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S].
浏览次数:  更新时间:2018-02-26 09:14:49
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