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关于火力发电厂脱硝自动控制系统优化的研究
摘要 针对火电厂脱稍系统的供氨调节门自动运行投入中出现的问题进行分析，从DCS逻辑优化和相关参数设置准确化两个方面对提升自控系统稳定性和可靠性进行研究，有效提高了自动投入率，并确保脱稍系统达标排放要求。
关键词：火电厂；脱硝；自动投入
供氨调节门对火电厂脱硝系统的工况有直接影响[1]，但某些情况下由于脱硝自控系统的“不接地气”而致使脱硝系统无法投入，并导致NOX超标。应通过对现场情况的认真分析，促进DCS组态优化，使脱硝系统保持较高的自动投入率，以符合电力生产的环保要求。
1 案例描述
某2×600MW机组以催化还原法(SCR)作为脱硝方式。工作原理：脱硝装置位于省煤器之后，作为还原剂的液氨经由蒸汽水浴变为氨气，再通过稀释，后受催化作用还原为氮气和水。从以上架构来看，脱硝效果在很大程度上受制于喷入脱硝反应器的还原剂数量：喷入过少会致使NOX超排；喷入过多会引起液氨浪费。
实际运行中发现：当供氨调节门投入自动后将经常出调节门波动大的情况，致使NOX长期超越80~130mg/nm3的规定区间或者液氨喷入过多，最终导致运行人员的工作量不降反升。
2 原因分析
为找出原因，专业人员分别从系统和DCS组态上进行排查。
(1)首先对DCS系统中基于PID控制的氨气流量控制阀模块的组态进行分析。经检查发现，该组态在对控制对象进行控制时所要用到的过程值为机组脱硝后的脱硝效率，但事实上，运行人员是基于环保局要求(即以脱硝后NOX含量在80~130mg/nm3范围为目标)对脱硝自控系统寄以期冀的[2]。这样，由于“脱硝效率”与“脱销后NOX含量”在概念上的不尽一致(两者有关联但不相对等)，使得控制目标出现含混并导致对自控系统的设置错误。最终，自控系统必然不能按运行人员的预期做出精准的控制行为。以上是造成脱硝系统运行中自动投入长期失效的主因。
(2)从运行过程看，对液氨调节门指令和反馈曲线、液氨流量和液氨调节门阀位反馈曲线作分别调取并进行分析，发现液氨调节门存在反应滞后、死区大(6%左右)的问题。因此，可以认为自控系统自身在反馈跟踪方面有改进空间(在本案例中主要指液氨流量对调节门阀位的反馈促进)。
(3)从现场监测来看，所投入的烟气分析仪为SCS-900型设备(北京雪迪龙)，所采取的设置为：每5min系统自动反吹一次(为防伴热取样管路堵塞)、每15min系统自动标定一次。由于反吹和标定是一个暂态、变化过程，为了保证控制稳定性，一般将反吹和标定期间的NOX测量值锁定为执行该项操作之前的相应数值。这样，对于本案来讲，由于反吹和标定的频率较高，在运行一定时长后将导致以下问题：①自动调节系统在测量值锁定期间出现过调；②反吹和标定完成后，系统又需较长时间进行回调。以上问题将有可能造成系统的大幅波动，使系统稳定性下滑。这也是自动投运长期失效的一个原因。
3 对策措施
通过上文分析，可知影响脱硝系统供氨调节门自动运行效果的三大原因，本小节将针对这些原因提出针对性应对措施。
(1)首先针对自控PID模块控制对象与实际运行中所期望的控制目标之间的矛盾，将利用机组停机机会进行相关参数设置值的更改，即：进入DCS组态环境，将自动控制下的控制对象由原先的“脱硝效率”改为“NOX含量”，这样就使自动控制目标值与运行人员所关注的考核目标相一致，一方面保证了电力生产的环保要求，另一方面也极大方便运行人员的操控。进入DCS系统的界面见图1所示。
其次针对供氨调节门死区偏大问题，经由细致查勘和说明书翻阅，发现供氨调节门阀门为Limitorque电动执行器(美国产)，其死区其实是可以调整的(范围为1%~50%，默认是2%)[3]。这样，因本案例中导致供氨调节门不能自动运行(实质是可以自动运行，但效果差)的要因是死区过大，所以进入系统相关菜单将死区设置为理论上可以达到的最小值(即由当前的2%调整为1%)，以提升阀门对DCS指令的响应速率。
另外，因系统构成上是供氨调节门位于过滤器后面，这样一旦长时间运行，过滤器出现堵塞是大概率事件；万一过滤器有堵塞，直接影响的是液氨流量曲线对液氨调节门开度曲线的跟踪效果；所以，在停炉机会下，不能遗忘对过滤器的清洗(更强有力的措施是根据运行大数据统计对过滤器作定期更换)。
(3)最后是针对现场烟气监测仪的自动维护功能(定时反吹/定时标定)对自控系统造成的扰动问题。显然，这可归属于不同系统之间衔接不畅情形[4]。要从根本上解决该问题，就是将烟气监测仪与供氨自动控制系统进行集成，但这将造成较大的投资且引起过长的停机时间。为了改善机组运行情况下供氨自控系统的频繁崩溃，只能考虑在不新增投入前提下提升对DCS组态逻辑的利用程度。
具体实现：当DCS系统“感受”到烟气监测仪处于自我维护状态，因此时相关输出值非NOX真实含量，因此自控系统应停止系统调节，将供氨调节阀门开度锁定在监测仪表执行自我维护行为之前的开度；当监测仪表完成自我维护后，自动调节系统应立即由“关闭调节”转为“开启调节”。经历以上处置，就可在最大程度上规避监测仪表运行对自控系统的影响。
详细实现过程见图1所示。以下为技术导读。
①MOXPODII模块是DCS中基于PID控制的自动调节模块。
②CFK34XB104、CFK34XB101、CFK34XB106分别表征的是烟气监测仪的校准态、故障态和反吹态，三个信号经历“或”运算(只要有一个为“真”就输出控制逻辑至供氨自控系统)。
③ST_SEL模块起到选择开关的作用，具体来说：当S1为1，VAL2执行输出(其值为设定值HSJ12AA100_SP)，对于MOXPODII模块，因设定值RSP和测量值PV相同，所以模块不执行自动调节；当S1为0，VALl执行输出(其值为NOX测量值HSA20CQ103，则MOXPODII模块对设定值和测量值进行比较，并以两者偏差作反馈式调节。
(4)相关延伸。可以预见，经由“(1)~(3)”的措施执行，能够在不对原系统大拆大建前提下大幅提升供氨调节门自动运行投入率，使脱硝工序的稳定性和可靠性得到跃增。当然，这些措施从根本上讲是改良性的，不可能百分百避免监测仪表对自控系统的干扰。若果彻底规避，一个可行的办法是多增一台在线监测仪表且与原仪表的自我维护时间错开，然后由DCS对两台仪表输出的NOX测量值进行综采：当两台均正常工作，取它们的平均值；当一台自我维护，取另一台数值，这样就可使存在问题得到进一步改善。
4 结语
随着环保期望的提升，火电厂在电力生产上被寄以更高的清洁要求。本文针对某600MW机组运行中出现的脱硝系统供氨控制自动运行投运的困难，通过层层梳理，分析原因之所在，并提出针对性应对措施。研究成果可作为同类问题解决的有效借鉴。
参考文献
[1] 曾 俊. 火力发电厂脱硝自动控制系统的优化与改进[J]. 四川电力技术, 2014, 37(4): 92-94.
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