浏览次数：233立项背景：随着我国对环境保护政策要求的逐年提高，火电机组排放烟气中的 NOx已纳入严格监管，喷氨量自动控制不能正常投入，SCR出口氨逃逸超标，严重影响脱硝系统及下游设备的正常运行。导致SCR脱硝系统控制效果差的原因很多，包括锅炉燃烧运行原因、脱硝设备原因和控制逻辑原因等，部分电厂采用增加喷氨量的方式来保证达到环保要求，不但降低了经济性，也为机组的安全运行带来了隐患。
内涵和原理： 2号机组SCR脱硝系统变工况特性及其优化控制策略的研究原理采用的总体技术路线如图1所示。
EMBED Visio.Drawing.11
图1 总体技术路线图
图1简要说明：根据脱硝过程的反应机理和脱硝系统的运行数据，研究SCR入口烟气参数对脱硝效率的影响，并根据SCR出口NOx的控制要求，确定出最佳的氨/氮摩尔比；烟气流量的准确测量是计算喷氨量的关键参数之一，鉴于运行机组采用的烟气流量测量设备的不准确性，本项目基于机组运行数据研究了烟气流量的在线软测量方法，以提高烟气流量数据的准确性；另外，由于NOx参数的测量普遍存在大滞后特性，为保证SCR入口烟气动态过程满足最佳氨/氮摩尔比要求，通过对NOx参数的动态预估来获取烟气中实时的NOx浓度；在上述基础上，计算出理论上所需的喷氨量数值，作为喷氨量控制系统的前馈控制信号。
为克服各种不确定因素对SCR出口NOx的影响，保证其运行在给定值附近，本项目采用了基于模型驱动的多模型自适应闭环控制策略。首先，在不同负荷工况下分别进行喷氨量扰动试验，通过遗传算法辨识出不同负荷工况下喷氨量和SCR出口NOx之间的传递函数模型；然后设计出每个负荷工况下的模型驱动PID控制器；最后，通过多模型加权的控制方式实现SCR反应器出口NOx的闭环自适应控制策略，控制器的输出作为喷氨量控制系统的反馈控制信号。
前馈控制信号和反馈控制信号共同构成了喷氨量的实时设定值，喷氨量实际值要求快速跟踪设定值，以保证最佳的氨/氮摩尔比。为此，本项目结合喷氨量调节阀门的开度-流量特性，设计了喷氨量快速跟踪回路。
创新点：1、率先在SCR脱硝控制系统中采用了SCR反应器入口NOx动态预估技术，有效解决了NOx测量信号的滞后问题，提高了变负荷工况下喷氨量的精确性。
2、提出了一种面向SCR脱硝系统的烟气流量在线软测量技术。
3、针对SCR脱硝系统的大迟延、大滞后特性，且对象特性呈现出随负荷变化而变化的非线性特征，提出了自适应模型驱动二自由度PID控制策略。
4、针对SCR出口NOx测点在反吹扫期间存在的数据失真问题，率先提出了一种简单实用的NOx实时值在线估计技术，解决了出口NOx反吹扫期间的控制盲目性。
在上述研究基础上，形成了SCR脱硝过程的优化控制策略，并在Matlab平台上对控制策略的有效性进行了验证，最后将优化控制策略转化为DCS控制逻辑，应用到SCR脱硝系统，保证其安全稳定运行。
通过该工程实施，能够保证机组在BLO模式和BLR模式下自动控制系统稳定运行，保证脱硝出口NOx浓度满足环保要求；与优化前控制系统相比SCR出口NOx浓度超调量平均降低10%以上；节约喷氨量15%以上。
通过对脱硝系统改造前后的氨用量进行对比，同时对系统改造后的节能效果进行分析。
任意选择脱硝系统改造后一天的运行数据，计算其发电量及总的消耗氨量如下：
发电量G=8112000度，消耗氨量=2162.3kg。
任意选择脱硝系统改造前一天的运行数据，计算其发电量及总的消耗氨量如下：
发电量G=8160000度，消耗氨量=3100.4kg。
通过一天的统计数据可以看出，SCR脱硝系统改造后可节约喷氨量为：
（3100.4-2162.3）/3100.4=30.26%
完成了经济指标要求的15%以上。
对于一个350MW机组来说，假设其一天的平均负荷为330MW，则其一天的发电量为7920000度，换算成脱硝系统改造后的消耗氨量为：2110.9kg；若换算成脱硝系统改造前的消耗氨量则为：3009.2kg。则按此计算脱硝系统改造后一天可节约约898.3kg液氨，按1吨液氨（氨含量＞99.6%），2879元（含税）市场价计算，一天可节约成本为：2586元，假设机组一年安全运行300天，一年可节约成本为：775861元。单从氨量的用量方面，一年的回报率就已相当高。
节约氨量产生的经济效益再加上以上两方面所产生的经济效益，脱硝系统经过改造后，经济效益显著。
（1）降低NOX的排放量：目前，减少空气污染物排放量是实现环境保护目标的一项重要举措。环境污染和生态破环已经称为危害任命健康、制约经济和社会发展的一个重要因素。通过2号机组SCR脱硝控制系统优化，可有效控制NOx的排放量，以适应保护环境和经济发展的要求。
（2）通过SCR控制系统的优化，可减小因喷氨过量使得过量的氨气与烟气中的SO3反应成铵盐，黏附在催化剂表面堵塞催化剂的微孔使催化剂活性降低的程度，同时也减轻了对后续设备空预器的腐蚀和堵塞；
（3）通过SCR控制系统的优化，控制系统能够满足机组的各种运行模式，极大减轻了运行人员的工作量。
单台锅炉每年可为电厂带来近77万元的直接经济效益和可观的间接效益，具有较好的企业经济效益和社会效益，一次投资长期受益
在严格满足国家环保要求的前提下，有效降低喷氨量，提高机组的运行经济性。该项目在临河分公司2号机组成功运用后，可以陆续推广到其它燃煤的其它机组；在国家能源紧缺、环境污染日趋严重的情况下，推广该项节能优化控制技术可以为国家节省大量宝贵的资源。
