0. 引言

某电厂二期工程2*1050MW超超临界直流机组，锅炉为东方电气集团东方锅炉股份有限公司生产的超超临界参数、一次中间再热全钢构架的∏型变压直流锅炉。汽轮机组为东汽N1000-26.25/600/600型超超临界1050MW汽轮机，一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机。DCS控制设备采用杭州和利时分散控制系统，组态软件为MACS6.52系统，硬件为SM系列。

本工程SCR脱硝工艺系统主要由三层催化层组成，每一催化层分A\B两侧，每侧声波吹灰器8个，三层共计48个。脱硝控制系统主要由3台稀释风机、2台ABB气动调节门、2台罗斯蒙特流量计等组成。

SCR脱硝工艺系统采用集中控制方式，就地设置一台远程控制站，通过光纤进行数据传输，脱硝工艺系统相关逻辑控制均在DCS脱硝工程师站组态完成。供氨控制纳入公用PLC系统，在氨区设置专用的操作员站，操作人员可以就地进行相关操作，操作画面通过光纤传输送入辅控操作员站，可实现远程监控。

本文结合某电厂脱硝系统AIG喷氨控制进行分析和研究，介绍了优化后的控制策略及应用效果。

1.喷氨系统AIG介绍

喷氨系统AIG是SCR脱硝系统的核心部件，其目的是将喷入烟道内的氨-空气混合气与烟气均匀混合，使其与烟气中的氮氧化物充分反应，满足脱硝催化剂入口设计条件，最终达到环保脱硝性能要求。其功能包括两部分：一是将氨-空气混合气体均匀喷入烟道；二是将喷入烟道内的混合气体与烟气中的氮氧化物充分反应，降低氨逃逸率。

氨气与稀释风混合后进入混合器，混合器将混合气体经多根支管喷入SCR入口烟道。SCR催化剂入口氮氧化物和氨气分布情况，决定了SCR反应器出口的氮氧化物和氨气浓度的分布，由于氨气和烟气中的二氧化硫会发生化学反应生成硫酸氢氨，因此反应不充分氨逃逸率过高会导致工艺系统部分支管堵塞。氮氧化物和氨气在顶层催化剂表面的分布均匀程度取决于AIG上游的烟气流速分布、氮氧化物浓度、喷氨流量分配、静态混合器的烟气强度及混合距离等。

2.脱硝系统AIG控制优化前存在问题

SCR入口污染物流场和浓度场分布不均和多变；SCR出口污染物分布更加复杂；现有脱硝CEMS仪表测量采用单点取样，SCR脱硝系统分区域无NOX浓度测点监视，数据测量局限性导致其与烟道界面氮氧化物均值偏差存在不确定性，无法了解污染物分布情况，也不能准确测量，容易导致净烟气氮氧化物超标。

   脱硝系统AIG喷氨为手动控制，机组投产后手动供氨阀门始终保持统一开度，导致机组升降负荷、启停磨、风量、氧量等工况下各区域NOX浓度分布不可控，参与供氨自动调节NOX浓度测点不具有代表性，对环保指标控制不利。

3.脱硝系统AIG喷氨取样测量改进

3.1 NOX采取多点取样监测

 CEMS系统在烟道某截面上布置多个监测点，同时对烟气截面上各个测点进行采样，同时对烟气进行储存，及时轮替对烟气NOx、O2等成份进行分析，准确反映烟道内烟气污染物浓度场的分布情况，为减少污染物排放及提高脱硫脱硝效率等提供可靠、准确的数据。

为加强采样系统管路的清洁，系统默认进行10次采样分析后进行依次管路吹扫，吹扫介质为仪用压缩空气，依次对各采样点进行吹扫。吹扫结束后继续进行采样分析。

3.2 多点取样监测原理：

多点取样监测原理图

采用同步间歇采样，分步抽取测量方式，实现同一截面同一时刻的多点数据测量。在烟道内同一截面布置多测点形成一个网格，每个测点配有独立的采样、存储和吹扫装置。每个测点同步工作同时抽取的烟气并分别储存在对应的储气小室中，然后公用分析系统分别抽取储气小室中的样气进行分析以获取各测点烟气成份数据。分析后的数据实时显示和存储，以实现催化剂分布监测和进行喷氨格栅调平。系统在PLC控制下自动运行，并定期对整个系统管路进行吹扫。

4.脱硝系统AIG喷氨控制策略

本工程脱硝系统AIG喷氨控制分16各区域，每区域设置一台喷氨调门进行局部调节，通过16个喷氨控制回路进行分区调节促使NOX浓度均匀分布。脱硝系统AIG喷氨区域控制回路主要由NOX浓度偏差回路、阀门基础指令回路、前馈修正回路等组成，逻辑组态如下：

AIG喷氨自动逻辑框图

4.1 A侧阀门基础指令逻辑

A侧阀门基础指令回路是以A侧供氨管道调阀指令线性修正输出为基础，SCR A/B侧入口NOX含量线性偏差修正输出为前馈作为指令设定值，设定值与A侧指令偏差积分作为基础指令输出。其目的主要是为缩小SCR A侧与SCR B侧NOX浓度偏差。目前根据现场调试情况将两侧NOX浓度偏差线性输出设置为±5范围内。另外考虑到某电厂3号机组供氨母管调门经常处于手动调节状态并结合实际工况调节效果，将A侧供氨管道调阀线性输出设置为75固定指令。相关逻辑框图（B侧同A侧）如下：

A侧阀门基础指令逻辑框图

4.2 A1区域偏差逻辑

A1区域NOX浓度偏差指令是由SCR脱硝A1至A8区域NOX折算值与A侧NOX平均值差值修正之和线性运算所得，A/B侧其他区域同A1区域NOX浓度偏差指令回路同A1区域，每个区域相关修正系数可根据实际工况调整时确认，本工程区域NOX偏差指令回路中线性修正相关参数如表1：

表1：NOX偏差指令线性修正

A1区域偏差逻辑框图（A/B侧其他区域同A1区域）如下：

A1区域偏差逻辑逻辑框图

4.3 磨煤机上下层组合前馈

通过调取启动上层磨煤机和下层磨煤机工况时，发现脱硝入口、出口氮氧化物浓度、氧量、脱硝调节阀门指令历史趋势不同，启动上层磨时对机组氧量影响较大，从而导致氮氧化物浓度波动很大，因此逻辑设计时增加磨煤机上下层组合前馈修正，组合修正系数可以根据实时工况不断完善、优化。具体逻辑框图如下

4.4 磨煤机前后墙组合前馈

同磨组上下层启动运行方式类似，机组启停前墙和后墙磨组时，机组氧量、氮氧化物历史趋势都有不同，为确保AIG喷氨控制品质更好，故增加磨煤机前后墙组合前馈修正逻辑，相关控制逻辑框图如下：

磨前后墙前馈修正逻辑框图

4.5 机组负荷前馈修正

机组负荷前馈修正逻辑框图

通过调取不同负荷段脱硝出口氮氧化物浓度、氧量、脱硝调节阀门指令历史趋势，当脱硝出口氮氧化物浓度在小范围内变化时，负荷越高供氨调门给定指令越大，即正向作用，故增加机组负荷前馈修正，提前响应消除负荷变化引起的NOX浓度扰动。具体参数见表1、表2。

表1：功率、氧量、NOX、调门给定历史数据

表2：功率、氧量、NOX、调门给定历史数据

4.6 氧量偏差前馈修正

氧量偏差前馈修正逻辑框图

由于启磨是先加风再加煤；停磨是先减煤再减煤；升负荷是先加风再加煤；降负荷是先减煤再减风。并结合机组实际工况历史趋势确定无论是上述哪种工况都是前期短时间导致氧量增大，由于折算后氮氧化物与氧量成正比关系，当折算后氮氧化物浓度突然增大时势必会对供氨调节产生扰动，为了提前避免扰动发生，故增加氧量修正前馈回路

4.7 炉膛风量前馈修正

炉膛风量修正逻辑框图

炉膛风量主要是在变负荷或启动磨煤机时变化比较大。通过多次观察炉膛风量和脱硝自动回路相关参数历史变化趋势，发现炉膛风量变化比较大时对脱硝自动调节的影响也是很大，因此本次逻辑优化也增加了炉膛风量前馈修正。

4.8 AIG喷氨控制优化后优点  

根据烟道设计及现场实际情况，在烟道某截面布置多个测点，形成一个密集的网格，实现实际意义上的网格测量；

克服单点烟气取样分析系统代表性差的问题，多点同时采样、同时存储、逐次分析，可以判断烟道污染物分布情况；

根据烟道截面污染物分布情况自动进行喷氨调节，提高脱硝效率降低氨逃逸率；

由于脱硝AIG喷氨控制回路增加多个前馈变量，机组在变负荷、启停磨、风量调整等工况时，前馈调节可以提前响应，防止被调量因惯性延迟而超调，提高了脱硝AIG喷氨自动调节品质，保证了环保指标正常排放。

5.AIG喷氨自动调节系统投入试验

上述AIG喷氨自动调节逻辑是在不同工况下反复进行优化、试验，优化后的AIG喷氨自动逻辑在投用后，取得了不错的调节效果。机组不同工况根据实际调节效果在线修正各项前馈系数，通过长周期优化、试验选择并确定最佳修正系数。逻辑优化后多次观察，无论是磨组启动顺序不同、还是氧量、炉膛风量、机组负荷变化，优化后的脱硝AIG喷氨自动回路均能有效调节SCR脱硝系统区域NOX浓度平均值，保证NOX浓度平均分布，确保供氨调门在短时间内将出口氮氧化物浓度控制在允许范围内，满足《DL／T774自动化设备检修规程》中8.8.3.3条 脱硝系统出口NOX值控制系统品质指标(增加脱硝效率指标)（AGC调节范围）要求，即稳态品质指标：±10mg/Nm3；脱硝系统出口NOX值定值改变20 mg/Nm3时，过渡过程衰减率Ψ=0.75～0.95、稳定时间小于15min；定值扰动（扰动量±15mg/Nm3）时，过度时间小于300S，动态偏差应小于±15mg/Nm3。脱硝AIG喷氨自动达到了较高的水平, 保证了机组在不工况下，SCR脱硝系统区域NOX浓度平均分布，环保NOX指标正常排放。下面是优化后不同工况历史趋势图，从图可以看出AIG喷氨自动调节正常，效果良好。

氧量、风量、负荷前馈修正趋势

磨组启动方式前馈修正趋势

6.结论

(1)负荷修正和氧量修正是脱硝前馈中一组耦合修正变量，之所以称为耦合修正是因为氧量随着负荷升高而变小，作用相反，在调节过程中可以相互影响、相互牵制，可适应于负荷变氧量变、负荷变氧量不变、负荷不变氧量变等多种工况的调节，适应力更强，调节性能更好。

(2) 启停磨组顺序前馈修正有效地克服了锅炉系统惯性大和系统流场变化的特点，现场试验、调整效果证明了脱硝AIG喷氨自动调节的同步性。

(3)根据烟道截面污染物分布规律合理组织喷氨，可以随时进行喷氨格栅调平，提高脱销效率降低氨逃逸率，能够较准确的反映出SCR入、出口污染物分布情况。

(4)从脱硝系统AIG喷氨控制在线调节效果来看，发现影响脱硝区域NOX浓度分布的因素也是比较多的，回路对工况的要求也是比较苛刻的，这就对SCR脱硝系统AIG喷氨控制有更高的要求，只有在机组运行阶段，反复调试、整定各项参数，不断改进、优化，才能达到快速、精确的调节效果。从不同工况趋势图可以看出本工程的SCR脱硝系统AIG喷氨控制策略能够很好地解决脱硝入口NOX浓度分布不均匀问题。对于存在NOX浓度分布不均问题的同类型机组，可以参照本工程脱硝系统AIG喷氨控制策略并结合本厂机组实际工况进行优化调试。以上调整优化方案仅代表个人意见，有不足之处请多指教。

参考文献

[1] 朱国荣,解永刚.SCR技术应用于国内大型燃煤电站锅炉的技术探讨[J].电站系统工程,2005年03期

[2] 吴联盟.SCR烟气脱硝工艺在燃煤电厂的应用[J].内蒙古科技与经济,2008年20期

[3] 梁红亮,郭宾彬.SCR催化剂的研究应用状况和发展方向[J].科技情报开发与经济,2008年14期

[4] 熊志波,韩奎华,高攀,李英杰,路春美.生物质再燃脱除NO的特性[J].中国环境科学,2011年03期

[5] 宋晓红,闫维明,陶志国,张杨,文亮.在线烟气氮氧化物浓度测量偏差原因分析.《热力发电》,2013，(2) 

[6] 张云.燃煤机组SCR脱硝系统AIG喷氨优化调整.中国高新技术企业,2014年21期

[7] 李婷彦.多点网格取样在火电厂脱硝烟气监测中的研究与应用.《仪器仪表用户》,2016,(12)