串级前馈方法在SNCR烟气脱硝系统上的应用

DPU63,分别对应着8#､9#､10#锅炉SNCR脱销

DCS控制｡

4 脱硝控制方案

在整个SNCR脱硝工艺流程中,主要有4个主要的自动控制回路,分别为储罐温度控制､高流量模块尿素溶液母管压力控制､稀释计量模块稀释尿素溶液压力控制以及尾部烟道NOx含量控制｡其中储罐温度控制､母管压力控制和尿素溶液压力控制均为简单的PID回路控制,这里就不再进行说明了;而尾部烟道NOx含量控制是比较复杂的控制,采用了变设定的PID控制,其PID设定值SP为根据负荷变化而给定的折线输出值(根据实际情况拟合的曲线),其负荷-尿素流量折线如图2所示,并将折线分为“折线1”､“折线2”､“折线3”3个区域(该折线为调试过程中数据采集后拟合得出),将对应折线的尿素溶液量送至PID模块的SP端,对尿素溶液调节阀进行控制,以调节控制实际尿素溶液的流量,即改变尿素溶液喷入量,以达到氮氧化物的控制效果,其控制逻辑如图3所示,可以看出该逻辑既可以在线指定锅炉负荷(即主蒸汽流量调节方式),也可以在线指定尿素溶液流量｡

但该方案存在以下问题:①由于该控制回路的控制对象为尾部烟道的NOx含量,而该控制只与锅炉负荷有关,没有直接控制NOx含量,相当于开环控制,无法避免除锅炉负荷影响因素外的其他干扰

因素的扰动,因此无法实现NOx含量控制;②由于我厂为焦煤掺烧的CFB锅炉,由于燃料的配比不同无法由单个负荷-尿素流量折线对应出控制NOx含量的规律;③反应区的温度场调整变化,对SNCR的反应效率也有很大的影响;④锅炉的配风和氧量变化,对SNCR的反应也有一定的影响;⑤CFB锅炉炉内投入的石灰石量,对NOx的生成也有一定的影响;⑥依据图2折线中80%的负荷为跳变点,因此锅炉在370t/h~375t/h范围内变化时(正常情况时,锅炉的负荷也在5t/h的范围内摆动),导致锅炉喷按量跳变,无法实现NOx含量的平稳过渡,影响脱硝效果｡

5 改进控制方案

针对上述问题,结合该热电厂的实际情况,对NOx含量自动控制方案进行了修改,在主蒸汽调整方式下,增加了NOx含量的反馈控制,将该回路设为主回路,尿素溶液量控制设为辅回路,并将主蒸汽负荷折线输出设置为尿素溶液流量的前馈,同时,为了避免NOx含量的反馈控制频繁震荡调节的问题,进行了阈值限定,这样既可对锅炉负荷的干扰进行及时调整,又可以对影响NOx含量的其它干扰进行调整,保证了控制回路对NOx含量的控制效果,其改进NOx含量控制逻辑图如图4所示｡而对于80%临界负荷调整门跳变的问题,修改了前馈折线,即将图2折线修改为图5折线,修改后调整阀门在临界过渡区域平稳过渡｡

在调试过程中,对控制逻辑的PID参数和修正值进行了整定,整定后NOx含量控制PID的参数为Kp=45,Ki=240,Kd=0.05,PID_OUTPUT=(-15%,15%);尿素流量控制PID参数为Kp=35,Ki=780,Kd=0;求和限制30%｡

6 脱硝控制效果

调试整定后,发现电动调节阀的死区较大(死区为4%左右),整定参数后,控制效果良好｡氮氧化物的排放实现了自动控制,如图6､7所示,分别为8#､9#锅炉氮氧化物控制曲线,实线为NOx含量的过程值PV,虚线为NOx含量的设定值SP,由图可知NOx含量均得到了控制｡图6中8:38:14锅炉负荷增加了13t/h的扰动,NOx含量最高达到90.4mg/m3后,又回到设定值附近,控制效果良好,图7为9#锅炉80%负荷稳定状态下NOx含量曲线｡

7 结语

针对尾部烟道NOx含量的控制,我部采用了SNCR的脱硝控制方式,修改了原变设定值SNCR的控制策略,采用改进串级加前馈的方法,算法简单,参数整定方式清晰,便于应用在DCS控制系统中,该控制方法利用负荷变化折线函数,有效地克服了负荷变化对NOx含量的扰动,同时使温度场､配风､氧量､石灰石投入量､燃料掺烧变化等干扰得到有效的控制,解决了SNCR脱硝方式下NOx含量排放的难于控制的问题;投运至今,NOx含量控制达到了预期控制指标,满足了SNCR脱硝自动控制的要求,为装置稳定､经济运行提供了保证,对同类型CFB锅炉SNCR脱硝自动控制具有一定的参考价值｡当然,SNCR脱硝的控制方法也不是唯一的,可以通过细化前馈量､预估模型､自适应控制､模糊控制等相结合的复杂控制方法来达到或进一步提高SNCR脱硝的控制效果｡

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