摘要：本文敘述了華電濰坊發電有限公司兩臺2X670MW機組脫硝噴氨自動控制系統，分析了噴氨自動控制系統存在的問題，通過對噴氨自動控制方式和系統設備的不斷改進，采用PID控制加入前饋、動態調整噴氨調門開度等方式，實時調控噴氨量，有效控制出口氮氧化物排放的合理性，確保脫硝系統的安全穩定運行。
關鍵字：脫硝系統;自動調節;PID控制;過程優化
隨著我國環保要求的逐漸提高，火電超低排放工作進展迅速。各大型燃煤火電企業對鍋爐進行脫硫、脫硝、除塵裝置的建設和改造，脫硫脫硝發展迅速，技術工藝逐漸成熟，但仍有大量問題存在。
《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》規定東部地區新建煤電機組大氣污染排放基本達到超低排放限值-煙塵、SO2、NOX排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，相較之前的NOX排放濃度不高于100mg/m3提出了更高要求。持續以往的脫硝技術，已明顯不能滿足更加嚴格的煙氣出口氮氧化物的排放標準，燃煤機組煙氣脫硝系統的優化亟待提高。
1、SCR系統工作原理
1.1燃煤企業大都采用選擇性催化還原工藝SCR(Selective Catalytic Reduction)。將氨類(NH3)還原劑噴入煙氣中，與稀釋風在混合器中稀釋后進入反應器，利用催化劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等金屬)在溫度200~450℃時將煙氣中的NOX轉化為氮氣(N2)和水(H2O)，達到除去氮氧化物的目的，效果明顯。
主要反應方程式為：
4NH3+4NO+O2 ->4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3 ->2N2+3H2O
脫硝系統運行時關鍵的動態參數為噴氨量。氨氣的噴入量是根據脫硝出口氮氧化物濃度及要求的脫硝效率，在動態下找到最佳噴氨量，實時調整噴氨調節門的開度，確保煙氣脫硝效率，增強脫硝系統的可靠性、連續性以及經濟性。
噴氨調節門的開度不合理，噴氨量少造成脫硝效率過低，出口氮氧化物排放超標;噴入過多氨氣不但增加脫硝運行成本，還會造成氨逃逸(氨逃逸率小于3ppm)，未參加化學反應的氨氣與煙氣中的SO3反應生成硫酸氫氨，附著于催化劑或者飛灰從反應器的出口被帶入下游的空氣預熱器換熱面上方，造成催化劑失效、空預器堵塞，還會引起尾部煙道積灰。
在脫硝噴氨自動控制系統中，由CEMS測量得到反應器出口的NO濃度，通過換算和修正后得到用于實際計算和控制中所需NOX濃度。經脫硝DCS系統計算比較NOx濃度變化情況后，發出噴氨自動調節門開度指令控制噴氨量，從而保證設計的脫硝效率。
2.1脫硝現狀
長期以來，對脫硝系統的研究主要集中在設備結構和運行方式方面，忽略了對脫硝自動控制系統策略的研究。而超低排放施行后，環保部門對煙氣排放指標出口氮氧化物排放濃度由100mg/m3降低到50mg/m3，為達到環保要求，改造和優化脫硝尤為重要。公司則進一步要求將脫硝出口NOX濃度嚴格控制在80%排放標準線以下運行。
濰坊公司#4機組脫銷系統2013年投運，一直沿用脫硝效率調節方式，根據設定及實際脫硝效率實時調整噴氨調節門開度，來控制噴氨量，確保達標排放。此種方式易于調試和整定，在工況穩定的情況下滿足SCR反應器要求;一旦機組負荷波動大、工況調整頻繁，出入口氮氧化物也將大幅變化，瞬時超標現象嚴重，調節系統不能充分發揮作用。只能改為手動控制調節門開度，完全依賴于運行人員的經驗，合格達標和經濟性很難平衡，運行人員發現和調整不及時將造成出口NOX值超高越線，各種不確定因素的存在給系統的正常運行造成了隱患。
2.2問題分析
從設備問題和控制邏輯兩方面的分析，造成噴氨自動控制無法適應工況變化的主要因素是：
脫硝煙氣連續監測系統(CEMS)定期吹掃，吹掃時采集到的煙氣失去真實性，測量值大幅變化，影響了測量準確度和相應時間，出口氮氧化物波動頻繁。
噴氨自動控制方式基于脫硝效率和催化劑脫硝能力，邏輯簡單，采用單回路調節方式，僅以脫硝出口NOX農作作為被調量，無前饋信號，處理工況調整頻繁的方面欠缺。且由于催化劑的消耗等原因的存在，脫硝過程是非線性化學反應過程，脫硝過程動態特性變化較大。這是造成噴氨自動調節滯后的主要原因。
3、脫硝控制系統優化
在新的控制邏輯中，對CEMS吹掃、PID調節、手動控制方面做了調整
3.1針對CEMS儀表定期吹掃問題
在控制系統中加入吹到信號，對CEMS采集到的測量信號進行品質判斷確定所得信號是否是處于吹掃狀態。吹掃時，保持前一狀態數值，以保證系統的正常運行。持續時間以NOX濃度恢復正常來確定，一般情況下吹掃后3min即切換至正?？刂茽顟B。
為進一步提高儀表測量準確性和及時性，應盡量減小CEMS儀表的取樣管路的長度及彎曲度，同時進行定期校驗。
3.2前饋控制
在控制邏輯引入脫硝入口煙氣流量和入口NOX濃度的乘積作為前饋信號，用于快速響應各種工況突變的對NOX擾動現象的發生，同時可彌補反應器和煙氣分析儀的滯后，增強調節效果。
3.2 PID調節
根據符合與煙氣量對應關系經驗值，以及實際出口NOX濃度與設定值的偏差，經過分段函數FX得到摩爾比，對入口氮氧化物修正，經PID運算后生成噴氨調節門指令，實時調整調節門的開度，從而得到更準確的供氨需求量。
重新調整PID調節參數，優化噴氨調門控制邏輯，設計過程如下：
查閱歷史曲線，檢查控制邏輯，實時觀察，動態調整PID參數。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下：
(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作﹔
(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔
(3)在一定控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。
(4)根據實際工況對PID參數進行完善。
進行多次PID參數調整后，PID參數趨于合理，出口NOX值與設定值偏差小。
3.3自動切手動設置
在噴氨量調節控制中，設置手動、自動兩種控制方式，并實現自動切換。
噴氨調節門NOX調節方式切手動條件：
1)調節方式選擇為脫硝效率調節
2)脫硝效率調節方式在自動
3)快關門保護關條件
4)出口NOX壞點
5)出口O2壞點
6)調節門反饋壞點
7)調節門指令與反饋偏差大于30
4、優化效果
噴氨自動邏輯優化后，經多次PID參數整定，基本滿足各種工況下的運行要求。
脫硝噴氨自動控制系統優化后曲線對比圖。
可見，控制邏輯優化后噴氨調節閥門能及時響應工況變化，閥門開度與噴氨流量的對應關系良好，滯后現象得到改善，可有效維持出口NOX設定值范圍，還能限定氨逃逸范圍。
5、結束語
經過脫硝噴氨自動控制系統優化后，PID控制有效利用脫硝入口煙氣流量和氮氧化物濃度作為前饋信號，根據機組工況自動調節噴氨量，解決了調節滯后問題，增強噴氨自動調節的穩定性，效果良好。
