摘要：脱硝系统是降低NOx排放量的必要设施，而如何控制还原剂的流量则成为控制NOX排放的关键因素，本文从脱硝系统原理、还原剂流量自动控制的策略等方面入手，深入浅出地论述了脱硝系统自动控制的相关控制策略和优化思路，对其他脱硝项目的调试和运行也具有重要的借鉴意义。
一．引言
华能聊城电厂#7炉为1100t/h自然循环锅炉，采用SCR脱硝技术，烟气脱硝系统于2013年初投入运行，DCS为新华的XDPS400控制系统。2019年5月，机组DCS系统进行改造，更换为和利时的MACS6控制系统。为解决之前脱硝自动控制效果不佳的问题，在DCS系统改造的过程中，对脱硝自动控制提出了优化要求。本文重点讨论改造过程中对喷氨自动控制的策略与参数的优化和改进。
二．SCR脱硝工艺简述
SCR(Selective Catalytic Reduction)技术，即选择性催化还原法脱硝技术。废气中的NOX与氨水、尿素或其它含有氨基的物质进行反应，生产氮气和水。以氨气作为还原剂为例，SCR的化学反应方程式为：
4NO + 4NH3+O2?→ 4N2?+6H2O
2NO2?+ 4NH3?+ O2? → 3N2?+ 6H2O
SCR系统主要包含了反应器、还原剂储罐、还原剂喷射系统和催化剂，在还原剂喷射和烟气进行完全混合后，废气进入催化剂层进行脱硝反应。聊城电厂#7炉配备了1个氨区和两个SCR反应区，氨区包含了液氨存储和蒸发系统，氨气与稀释风机过来的空气以及烟气混合进入SCR反应器进行脱硝反应。SCR反应区位于省煤器出口和空预器入口之间，每台SCR反应布置两层催化剂，并预留1层备用，即2+1的布置方式。烟气中的NOX经过还原剂喷射系统与氨气混合均匀后，在催化剂的作用下发生催化还原反应。
三．自动控制策略及优化
3.1优化前基于机组负荷的理论氨流量算法对出口NOX的串级控制方式
原系统采用的控制方式为基于对出口NOX的串级回路，逻辑如图1所示。主调PID调节对象为出口NOX浓度实际值与出口NOX浓度设定值的偏差；副调PID调节对象为理论氨气流量与实际氨气流量的偏差。
理论氨气流量的计算方式为：
（1）通过机组主蒸汽流量（负荷）与入口NOX浓度折算出初步理论流量；
（2）出入口NOX浓度差值与入口NOX浓度的比值加上主调PID输出作为修正系数；
（3）初步理论流程与修正系数相乘得出最终的氨气理论流量。
这种计算方式的优点在于：理论氨流量与机组负荷关联，当负荷发生变化时，可以提前动作喷氨调门，解决出口NOX浓度作为被控对象滞后较大的问题；缺点在于理论氨流量经过多级乘法放大运算后在负荷变化时波动过大，导致脱硝喷氨调门大幅度摆动，影响到自动控制和脱硝参数的稳定性。对运算参数进行调整弱化处理以后，虽然可以抑制负荷变化时理论氨流量的变化幅度，但是在负荷稳定阶段，又会由于参数过弱导致自动控制响应速度太慢，控制效果不佳的问题，两者难以达到平衡。
优化前的喷氨自动的另外一个主要问题在于：脱硝CEMS仪表校准或吹扫时，NOX浓度保持不变，此时PID仍然在进行运算，当吹扫和校准完成时，NOX浓度变化导致PID输出突变，造成脱硝参数波动、A/B侧反应器出口NOX浓度不均，甚至导致自动退出等问题。
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图1：优化前脱硝自动逻辑图
3.2优化后基于入口NOX的理论氨流量算法对出口NOX的串级控制方式
DCS系统改造之后，对原脱硝自动的控制方案作出如下优化：
（1）修改理论氨流量算法，利用入口NOX浓度和出口NOX浓度设定的差值折算理论氨流量。计算得出的氨流量准确性更高，变化更为平缓，更适用于自动调节回路；
（2）利用机组负荷折算出喷氨调门补偿开度，作为副调PID的前馈，解决出口NOX浓度作为被控对象滞后较大的问题；
（3）脱硝CEMS仪表校准或吹扫时，增加积分分离和被调量切换逻辑，改善CEMS仪表校准或吹扫后脱硝参数波动已经两侧SCR反应器参数不均的问题。
（4）增加喷氨调门的增减闭锁逻辑：当出口NOX浓度接近45mg/m3 时，喷氨调门减闭锁，保证NOX浓度快速调整回正常范围；当氨逃逸参数接近报警值时，喷氨调门增闭锁，尽量避免氨逃逸。
优化后的串级回路基本思路不变，主控制回路：将SCR反应器出口NOX浓度和设定NOX浓度的差值作为被调量，在CEMS进行校准或吹扫时进行积分分离和被调量切换，主调PID的输出指令作为修正值叠加到理论氨流量上；副控制回路：理论氨气流量与实际氨气流量的偏差作为被调量，并对两者差值进行一定的限幅，保证喷氨调门开度在合理的范围内平滑调整。
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图2：优化后脱硝自动逻辑图
四．脱硝自动调节效果分析
DCS改造完成后，聊城电厂#7机组于2019年5月31日正式并网发电。脱硝自动于6月1日正式投入使用，脱硝自动控制能够基本满足机组各种工况下的运行要求，出口NOX浓度能够有效地控制在设定值±15的范围内波动，前馈的超前调节作用良好，能够有效地控制喷氨自动的滞后性问题，氨逃逸率控制在小于3ppm的合理范围内，没有出现局部喷氨过量导致氨逃逸超过控制标准。脱硝DCS自动调节趋势图见图3。
图3：脱硝自动调节趋势图
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五．总结
从投运至今，整个脱硝自动控制效果良好，减轻了运行人员的监盘负担，提高了喷氨效果和效率，减少了液氨原料的浪费以及氨逃逸现象的发生，节约了成本，减少了对空预器等设备的腐蚀，达到了系统改造前的优化要求和优化目的。
参考文献：
[1]《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），中华人民共和国环境保护部；
[2]《燃煤锅炉SCR烟气脱硝技术的研究》， 赵毅、朱洪涛、安晓玲、苏蓬；
[3]《华能聊城电厂#7机DCS系统改造工程调试报告》，杭州和利时自动化有限公司火电事业部。