1、2022年8月14日星期日火电厂脱销控制技术火电厂脱销控制技术问题原因分析及优化控制策略3优化控制实施及应用效果4SCR喷氨脱硝控制现状2概述1 NOX 的种类光化学烟雾的形成光化学烟雾的形成NOX 对人类健康和环境的影响 低空臭氧的产生低空臭氧的产生各种潜在的致癌物质各种潜在的致癌物质酸雨酸雨双击添加标题文字双击添加标题文中国典型燃煤机组的中国典型燃煤机组的NOxNOx排放情况排放情况n 600MW及以上机组 380450mg/Nm3n 200MW及200MW 6501300mg/Nm3n 100MW及以下小型机组 7001800mg/Nm32000年 358.02万吨2002年 520.0
2、0万吨2010年 594.74万吨中国电力氮氧化物排放状况中国电力氮氧化物排放状况国内氮氧化物排放现状国内氮氧化物排放现状 改变燃烧条件最重要的装置就是燃烧器改变燃烧条件控制技术炉膛喷射脱硝炉膛喷射脱硝 实质为向炉膛喷射某种物质，可在一定温度条件下还原已生成的一氧化氮，以降低的排放量。包括喷水法、二次燃烧法、喷氨法各种低燃烧技术是降低燃煤锅炉排放值最主要亦较经济的技术。但一般只降低排放50%左右。据环保法对排放的要求，应低于40%方可，故应考虑燃烧后的烟气脱硝处理技术。炉膛喷射脱硝控制技术烟气脱销脱硝控制技术烟气脱硝技术按照其作用原理不同，主要分为催化还原、吸收和吸附三类按照工作介质不同可分为
3、干法和湿法两类。NOx与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收，NO溶解度为4.7%（20 ），NO2微溶。干法催化还原脱硝技术一般采用含有氨基的还原剂，与NOx反应生成N2和H2O，脱硝副产品无害和便于处理。湿法脱硝装置庞大，反应装置的防腐、副产品处理较难，技术尚未成熟应用。目前，大规模工业应用的脱硝技术为：选择性催化还原（Selective Catalytic ReductionSCR），选择性非催化还原（Selective Non-catalytic ReductionSNCR）。常用脱硝技术选择性催化还原法（SCR）选择性非催化还原法（SNCR）SCR与SNCR结合小型脱硝脱硫一体
4、化设备常用的烟气脱硝技术 利用还原剂在催化剂的作用下，有选择性的与烟气中的NOX反应，生成氮气和水，从而脱出烟气中的NOX。SCR系统特点：n 结构较复杂，运行方便；n 设备少，可靠性高；n 无副产品，消耗催化剂；n 脱硝效率高,8090%；n 投资高还原剂主要有：液氨，尿素和氨水。选择性催化还原法（SCR）文字内容文字内容SCR系统的工作机理4 NO +4 NH3 +O2 4 N2 +6 H2O7 N2 +12 H2O6 NO2 +8 NH3选择性催化还原法（SCR）脱硝运行关系曲线脱硝运行关系曲线选择性催化还原法（SCR）脱硝效率和氨的逃逸率之相关关系脱硝效率和氨的逃逸率之相关关系选择性催
5、化还原法（SCR）烟气(垂直流型)脱硝反应器的总括图脱硝反应器的总括图选择性催化还原法（SCR）SCRSCR系统系统包括包括选择性催化还原法（SCR）SCRSCR系统主要设备系统主要设备选择性催化还原法（SCR）SCR工艺系统反应器布置方式：一般采用21或31布置；备用层：将新催化剂安装在预留催化剂位置，以减少催化剂更换量，并充分利用尚未完全失效的旧催化剂，从而减少催化剂更换费用，提高脱硝效率。选择性催化还原法（SCR）催化剂的主要成分是TiO2、V2O5、WO3、MoO3、等金属化合物，其中TiO2属于无毒物质，V2O5为微毒物质，属于吸入有害：MoO3、也为微毒物质，长期吸入或吞服有严重危
6、害，对眼睛和呼吸系统有刺激。载体：TiO2、活性炭或沸石等多孔介质。SCR工艺系统催化剂选择性催化还原法（SCR）催化剂的失活和中毒nSCR催化剂的工作条件比较恶劣，存在着中毒失效问题，必须定期更换，更换时间据具体情况而定。n催化剂性能下降的原因 （1）微孔体积减少；（2）固体沉积物使微孔堵塞；（3）碱性化合物等（砷(As)，钾(K)、钠(Na)，其次钙(CaO)和镁(MgO)）引起中毒；（4）SO3中毒；（5）飞灰磨损和腐蚀。选择性催化还原法（SCR）催化剂表面的积灰SCR工艺系统吹灰器选择性催化还原法（SCR）蒸汽吹灰器耙式吹灰器声波吹灰器选择性催化还原法（SCR）稀释风从送风机出口选取
7、降低造价 现场布置简单SCR工艺系统稀释风机选择性催化还原法（SCR）选择性催化还原法（SCR）n 保证氨和烟气的均匀混合保证氨和烟气的均匀混合n NHNH3 3/NOx/NOx沿烟道截面均匀的分布沿烟道截面均匀的分布NH3喷射格栅一.控制系统方案n控制系统纳入机组n独立的控制系统二.主要受控系统n吹灰系统n氨的卸载、储存和供应系统n烟气挡板调节系统n脱硝主体控制系统 设备包括：DCS、PLC仪表、盘柜等选择性催化还原法（SCR）SCR系统工艺流程液氨选择性催化还原法（SCR）SCR系统工艺流程尿素选择性催化还原法（SCR）采用尿素为还原剂的制氨系统有水解和热解两种方式选择性催化还原法（SCR
8、）SCR脱硝实例选择性催化还原法（SCR）选择性催化还原法（SCR）选择性催化还原法（SCR）常规布置方式(有水平和垂直气流两种布置方式)a)高含灰布置方案b)低含灰/尾部布置方案选择性催化还原法（SCR）锅炉锅炉SCRSCR脱硝系统装置的基本流程图脱硝系统装置的基本流程图锅炉NH3 喷注脱硝反应器空气预热器NH3 混合器 蒸发器NHNH3 3 液化罐静电除尘器引风机烟囱换热器增压风机脱硫系统送风机SAHSAH蓄压器选择性催化还原法（SCR）SCR喷氨脱硝控制现状 目前喷氨控制系统基本只采用了简单的单回路控制策略，不少机组脱硝喷氨控制无法投入自动，有些能投入自动但NOx的波动大且振荡不容易稳定
9、，特别是在变负荷及启停磨煤机时，Nox的动态偏差很大。为避免考核，只能降低NOx的设定值，造成氨气的消耗量明显增大，增加了运行成本。1、手动操作，无法投入自动；2、NOx最低为34.5mg/NM3，最高为94.4mg/NM3，且长时间不能恢复到设计值 1、手动操作，无法投入自动；2、NOx最低为152mg/NM3，最高为259mg/NM3，且长时间不能恢复到设计值 1、投入自动，但NOx反复波动不稳定；2、即使在稳定负荷下NOx动态偏差也达30mg/NM3；3、设定值低，氨气耗量大。当出现磨煤机启停的扰动时，SCR出口NOx出现大幅度波动，经常导致实际值与设定值偏差过大而跳出自动。脱硝过程的流
10、程图原因分析 1、控制策略不符实际情况 基本设计为固定摩尔比控制方式（Constant Mole Ratio Control）。该控制方式下的设定值为氨氮摩尔比，控制系统根据当前的烟气流量、SCR入口NOx浓度和设定氨氮摩尔比计算出NH3流量需求，最终通过流量PID改变氨气阀开度来调节NH3实际流量，这种控制方式脱硝系统的NH3需求量仅根据静态物理特性计算得出，不符合现场实际情况；2、控制目标不与考核目标对应 环保考核烟囱入口处的NOx浓度，而很多是控制SCR出口的NOx，SCR出口NOx浓度与烟囱入口NOx浓度静态和动态关系均存在着较大的差别。原因分析 3、被控对象复杂，控制策略过于简单 脱
11、硝被控对象（NH3流量烟囱入口NOx浓度）的响应纯延迟时间接近3分钟，整个响应过程达十几分钟，是典型的大滞后被控对象；崔化剂消耗过程对被控对象特性影响大，是时变非线性被控对象，常规PID控制策略在处理这类对象时过于简单。4、控制系统的运行过分依赖于所有测点的完好 NOx、O2测量仪表长期运行在灰尘较高的环境下，容易出现部分失真的情况，且仪表的定期吹扫、标定也会使测量值瞬间突变。目前国内应用的脱硝控制策略对上述问题均无对策，一旦某个测点失灵，整个控制系统即处于瘫痪。采用对策 问问 题题 对对 策策1、被控过程的大滞后特性 采用基于大滞后控制理论，如：预测控制 技术、相位补偿及状态变量控制技术取代
12、传 统的PID控制。2、被控过程的非线性及时变性 采用神经网络技术处理被控过程的非线性及 时变性。3、部份测量参数失真 通过神经网络软测量技术，在线评估测量参 数，并采用变结构控制技术，确保即使部份 参数失真及在测点维护情况下，控制系统仍 能正常投入。4、氨气消耗量大 以控制参数和氨气消耗量为综合优化指标，通过优化，确保在NOx 排放及脱硝效率都满 足环保考核要求下氨气消耗量最小。基于先进技术的脱硝控制方案PID与GPC调节效果的对比分析PID 在在k时刻时刻 调门不会开大，有可调门不会开大，有可能仍会关小！能仍会关小！GPC在在k时刻时刻 调门会开始明显开大，提前动作！调门会开始明显开大，提
13、前动作！PID与GPC调节效果的对比分析调节器脱硝过程大滞后被控对象相位补偿网络惯性、滞后较小的等效动态对象在保证稳定性的前提下，可加快控制器的动作速度+-NOx排放量由SCR脱硝过程模型估计流程中各点NOx参与自动控制NOx1NOx2NOx3NOx4监测点NOxNOx1 NOx2 NOx3 NOx4烟气流量SCR入口x氨气调门 x=x1，x2，xn TRn 为输入向量；()为径向基函数RBF，一般取为高斯函数(x)=exp(x2/2)，为欧几里德（Euclidean）范数，cj=c1j，c2j，cnjTRn 为RBF数据中心，对中心点径向对称，j为径向基函数的宽度，wji为第j个基函数输出与
14、第i个输出节点的连接权值，h为隐层节点的数目，输出层有m个节点，i（x）为网络的第i个输出量。SCR脱硝过程脱硝过程的网络模型的网络模型基于网络模型基于网络模型的的NOx数值数值预估预估应用应用机组负荷机组负荷烟气流量烟气流量脱硝前脱硝前NOx氨气流量氨气流量选择选择NOx测量值测量值测点维护判别NOx被控变量被控变量NOx预估值预估值基于网络模型基于网络模型控制系统参数控制系统参数调整调整应用应用2控制系统的参数自适应控制系统的参数自适应调整参数的调整参数的合理性评价合理性评价采用了以模糊控制理论为基础的智能前馈控制策略采用了以模糊控制理论为基础的智能前馈控制策略 模糊控制是模仿人操作行为的
15、一种有效方法。在实际运行过程中，运行人员往往可以根据NOx的偏差及其偏差的变化率来快速调氨气调门的开度，而这种快速操作的思想完全可以也只能通过以模糊控制理论为基础的智能前馈控制器来实现；传统的前馈一旦整定好是固定不变的，智能前馈是根据SCR的实际工况及当时NOx的变化情况来决定加多少前馈量；智能前馈实现了在机组升、降负荷过程中，快速调整氨气调门开度的控制策略。传统控制本例控制控制装置与特点“INFIT”与脱硝DCS的连接关系脱硝系统的DCS控制指令 INFIT 新型脱硝控制策略通过Modibus通信，传送所需测点信号通过Modibus通信，传送控制指令 SCR入口浓度由134.5mg/NM3快速变化至246.6mg/NM3时，最终烟囱入口的NOx浓度仅由65.3mg/NM3变化至78.6mg/NM3，控制性能非常优秀NOx浓度始终被控制在设计值10mg/NM3（稳态）和20mg/NM3（大幅变负荷）范围内；在吹扫或标定时，控制系统保持投入。
