火电厂SCR烟气脱硝自动控制方式研究

北极星环保网讯:摘要：提高燃煤效率是大型火电厂的重要目标，但同时我们也知道，燃烧原煤的过程所排放的氮氧化物也构成了近年大气雾霾的主要污染源。本文重点分析了火电厂SCR烟气脱硝技术中的常规喷氨自动控制系统，以及SCR脱硝喷氨模型预测控制的策略分析，以期对喷氨量、氨逃逸量及出口NOx浓度实现多任务控制。

关键词：火电厂;SCR脱硝;控制;氨逃逸

2004年1月1日实施的《火电厂大气污染物排放标准》对火电厂氮氧化物的排放浓度限值为450~1100mg/m3，随着能源加剧消耗已达到环境承载红线，十二五、十三五规划相继对氮氧化物的排放量设置了新一轮排放目标，出于对环保低耗能的迫切需要，至2014年7月对我国现有火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放限值规定也已经大幅降至100mg/Nm3。

依据上述行业标准的新变化，国内火电厂的火电机组设备的烟气脱硝改造显得尤为紧迫，但机遇与挑战并存，同时烟气脱硝的市场价值也为人重视，SCR脱硝技术也成为研究重点。

1 SCR烟气脱硝技术

氮氧化物所含有的NO、NO2主要由原煤的直接燃烧形成，也成为了近年来大气污染的罪魁祸首，其除了造成雾霾天气危害人体呼吸道的健康之外，还易造成地表水的酸化以及光化学烟雾。因此火电厂有必要引进脱硝装置，以达到低耗能生产的目的。

火电厂一般常采用的三种烟气脱硝技术分别为：选择性催化还原(SCR)脱硝技术、选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术以及联合脱硝技术(SNCR-SCR)。其中SCR脱硝技术以其高效率的NOx脱除率见长，高达80%~90%。

SCR烟气脱硝技术系统分为制备氨气系统与化学反应系统，核心工艺是向将还原剂氨气经由稀释风机进行混合稀释，再与所燃烧排出的烟气混合后在装有催化剂的反应器中发生还原，以产出无污染的清洁气体，自然达到降低NOx的排放量。其中我国的SCR烟气脱硝中一般选择氨气作为还原剂，催化剂也多为蜂窝式，如沧东电厂二期两台机组。SCR化学反应过程如图1所示：

图1 SCR烟气脱硝化学反应原理图

2 常规喷氨自动控制系统分析

喷氨自动控制系统是根据摩尔对比关系、入口处的NOx浓度以及氨逃逸率计算出摩尔率，再将其输入在氨气流量自动控制程序中，并得出一个氨气流量信号来定位氨气流量控制阀，完成氨气流量自动控制也就等于完成了烟气脱硝的自动调节。

由此可见，依据固定摩尔比控制喷氨量是一种常规控制方法，如图2所示，所需氨气流量是又入口处的NOx流量与摩尔比的乘积，该获得的乘积数值也是后续PID控制器的一个设定值，PID控制器的上端为主回路PID出口用于修正摩尔比，下端的副回路直接连接着氨气阀门。

随着烟气流量与入口NOx流量的变化，PID控制器通过氨气流量实际值减去设定值所得的差值来增减喷氨量。但这一喷氨控制的弊端一是当入口NOx流量大幅度增高或降低，将引起出口NOx流量的数据波动，二是这一自动控制的前后延迟，都会造成喷氨效果的失控。

图2 固定摩尔比控制运行图

3 脱硝喷氨模型预测控制策略分析

3.1 脱硝喷氨模型预测控制

针对以上PID控制器的弊端，我国目前引进了对氨气流量的预测控制技术，其原理是采用智能技术根据AGC指令变化反向预测被调量的未来变化趋势，对烟气流量与入口NOx流量给氨气流量数值带来的变动进行动态补偿，达到预先调整的程序效果。

这主要是由于原PID控制器的AGC指令变动属同向变化，容易导致数据叠加失真。除预测之外，预测控制技术还具有在线评估NOx浓度的功能，在预测功能的基础上，若在线监测到的NOx浓度出现较大误差可以实时纠正其权重占比，将误差可能带来的动荡降到微乎其微。

4 结语

出口NOx浓度的均匀分布、喷氨量的控制以及低氨逃逸率是实现SCR烟气脱硝自动控制技术的衡量标准和设计出发点，因此脱硝氨气模型预测控制系统以及氨逃逸率软测量的应用是解决我国火电厂排污量达标的一大利剑，也仍然值得继续探寻和优化。

参考文献

[1]武宝会,崔利，火电厂SCR烟气脱硝控制方式及其优化

[J],热力发电，2013(10)：116-126.

延伸阅读：

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