带滤波功能块的串级控制策略在某电厂烟气脱硝喷氨自动控制中的应用

北极星环保网讯:本文详细阐述了目前国内电厂脱硝系统普遍使用的串级喷氨自动控制策略的原理，在国电常州公司630MW超临界机组脱硝喷氨自动控制系统中增加了滤波逻辑，自动控制系统投运时的调节品质验证了该控制策略的稳定性，保证了脱硝系统自动的投入率及控制准确度，对同类电厂脱硝喷氨自动控制逻辑的完善有一定的借鉴意义。另外本文针对喷氨自动控制在CEMS系统反吹时期内的自动控制提出了优化改造方案。

1系统简介

国电常州发电有限责任公司(下称常州电厂)一期机组为2x630MW超临界燃煤机组，其中#1机组在经过第二次A修中低氮燃烧器改造、新增烟气脱硝系统、电除尘新增第五电场和2014年B修中新增烟气脱硫二级吸收塔、新增湿式除尘器（高频电源）等一系列改造工程后烟气污染物排放达到了环保部超低排放标准。

常州电厂#1机组于2005年5月建成后正式投运，在2012年第二次A修中对六层共30套燃烧器进行低氮燃烧器改造并在省煤器出口低温段至空预器之间新增了烟气脱硝装置，以降低烟囱排口氮氧化物(NOx)的排放量。电厂烟气脱硝系统采用液氨蒸发法制备脱硝还原剂NH3，氨区公用系统及装置按全厂2台炉改造整体容量设置，两台炉脱硝系统均按照SCR入口NOx浓度为400mg/Nm3(6%O2，标态，干基)设计。

在初装2层催化剂后，机组能够在锅炉任何工况处理100%烟气量条件下脱硝效率达到不小于80%的目标，实际运行中一般按照烟囱排口NOx含量小于100mg/Nm3调整运行；2014年#1机组通过B修将电厂烟气污染物排放达到超低标准，其中脱硝效率提高至87.5%，烟囱排口氮氧化物浓度低于50mg/Nm3（干基、标态、6%O2）。

2SCR基本工作原理

SCR（Selective Catalytic Reduction）——选择性催化还原法，是目前比较成熟的一种炉后烟气脱硝技术，利用还原剂(NH3，尿素)在金属催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，该方法脱硝效率高（可达90%以上），没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且运行可靠，便于维护。

烟气脱硝系统的反应器布置在省煤器低温段与空气预热器之间，烟气在锅炉省煤器出口被平分成两路，两路烟气并行从锅炉尾部低温省煤器下部引出至SCR反应器，经过SCR反应器之后进入空预器。在催化剂的作用下，氨气与烟气中的NOx反应生成氮气和水从而达到除去氮氧化物的目的。脱硝原理反应方程式如下：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O（1）

6NO2+8NH3=7N2+12H2O（2）

但是过量的氨气，将产生副反应，主要的副反应有：

2SO2+O2=2SO3（3）

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4（4）

由于烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%。

因此，化学反应方程式（1）及（2）被认为是脱硝反应的主要反应方程式。若NH3投入过量时，NH3氧化时产生的副反应就会增加，造成空预器等下游设备腐蚀及二次污染。若NH3投入不足时，NO不能被充分反应，造成NOx排放超标。

因此，要保证机组脱硝效率，防止设备发生腐蚀及二次污染，提高脱硝系统喷氨自动的控制品质尤为重要。氨气的喷入量通过现场调节门进行调节，喷氨量少会使脱硝效率过低，过多不但容易导致氨逃逸率上升，造成尾部烟道积灰腐蚀，而且从经济性方面考虑也是一种耗氨量的浪费。SCR出、入口NOx的含量、SCR入口烟气量是计算氨消耗量至关重要的参数。

3喷氨控制策略

常州电厂脱硝系统的控制方式分为效率控制模式和浓度控制模式。效率控制模式以脱硝效率作为设定值，能够保持脱销效率在一个比较稳定的水平，控制方式比较简单。浓度控制模式以SCR出口NOx浓度作为设定值，控制脱硝出口的NOx浓度满足排放要求。对于采用低氮燃烧器的机组，SCR入口NOx浓度比较低的情况，浓度控制模式可以减少氨气用量是比较经济的。常州电厂运行过程中一般采用浓度控制模式。

3.1串级控制系统的优势

单回路控制系统只有一个控制器，从结构来看也只有一个闭环，这种控制系统能满足多数生产要求。但是，当对象特性复杂，而且控制质量要求较高时，单回路控制就显得无能为力了，要采用一些其他控制方式，如串级控制。两个控制器串联在一起工作，主控制器的输出作为副控制器的给定值，由副控制器的输出控制调节阀，这样的控制系统被称为串级控制系统，简称串级系统，其原理如图1所示。

图1串级控制系统原理图

串级控制系统适用于对象的控制通道延迟时间较长、对象的时间常数大、负荷变化较大且被控对象又具有较大的非线性、系统存在剧烈和幅值很大的干扰等控制系统。由于电厂尾部烟道较长，脱硝CEMS取样管路也有一定距离，另外被控对象要参与烟气化学反应，再通过出口CEMS取样管路抽取至CEMS机柜检测池，所以对象的控制通道和对象的时间常数大，若采用单回路控制系统，则过渡时间长（调节时间长），超调量大，参数恢复慢，不能满足控制质量的要求。所以常州电厂采用串级控制系统，选择实际喷氨量作为副参数构成副回路，使等效对象的时间常数大大减小，以提高工作频率，加快反应速度，缩短控制时间。

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