摘 要：為了響應(yīng)國(guó)家的環(huán)保要求，選擇性催化還原(selective catalytic reduction，SCR)煙氣脫硝系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。大部分燃煤電廠都使用了SCR煙氣脫硝技術(shù)，由于SCR煙氣脫硝系統(tǒng)普遍存在反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、控制滯后、時(shí)變非線性等特點(diǎn)，本文提出了基于自適應(yīng)前饋控制方法。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的PID控制方法相比，該方法在抗擾動(dòng)能力、跟蹤設(shè)定值方面均優(yōu)于常規(guī)控制方案。

　　關(guān)鍵詞：選擇性催化還原法 煙氣脫硝 前饋控制 自適應(yīng)

　　近年來(lái)，我國(guó)在發(fā)電、化工等行業(yè)在硫氧化物和粉塵排放控制方面已經(jīng)取得了一定的成效，但是國(guó)家對(duì)于環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，環(huán)保考核的指標(biāo)也提高了，氮氧化物的控制成為了最關(guān)鍵的問(wèn)題之一。在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法(SCR：Selective Catalytic Reduction)由于其脫硝效率高，工藝技術(shù)成熟，選擇性好，運(yùn)行可靠且二次污染很小，所以是符合我國(guó)國(guó)情的電廠煙氣脫硝技術(shù)，并且也是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。

　　煤質(zhì)、反應(yīng)溫度、催化劑活性、噴氨流量和煙氣流量等因素影響SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的控制。其中，影響反硝化效率的主要原因就是氨流量。氨水過(guò)少會(huì)導(dǎo)致SCR出口的NOX濃度超標(biāo)，環(huán)保指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)量的氨會(huì)增加氨的逸出量，導(dǎo)致NH3，水和SO2在催化劑的作用下產(chǎn)生反應(yīng)。生成和NH4HSO4NH4HSO4 (NH4)2SO4(NH4)2SO4依附在催化劑表面，它將嚴(yán)重阻礙了催化劑活性的釋放，并阻塞空氣預(yù)熱器，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器的壓差較高。所以，控制氨流量是SCR脫硝控制系統(tǒng)安全，平穩(wěn)運(yùn)行的重點(diǎn)。文章使用了SCR系統(tǒng)中氨注入的自適應(yīng)前饋控制方法，階躍響應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)用于仿真驗(yàn)證和與傳統(tǒng)控制方法的比較，在保證達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)避免了過(guò)量噴氨，將出口濃度控制在設(shè)定值。

　　1 SCR煙氣脫硝概述

　　SCR煙氣反硝化系統(tǒng)布置有高灰，SCR反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)處理器之間，其溫度經(jīng)常處在300～500℃，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的催化活性相對(duì)較強(qiáng)，更有利于氨氣與氧氮化合物的REDOX反應(yīng)。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)主要包括氨噴射格柵，催化劑，SCR反應(yīng)器等。在省煤器的煙道出口中排除煙氣，進(jìn)入SCR反應(yīng)器入口煙道的垂直接頭處，并注入氨氣與之融合，通過(guò)整流器直降，通過(guò)布置脫硝SCR反應(yīng)器的催化劑REDOX反應(yīng)，將煙道中的NOX 氣體轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?，達(dá)到煙氣脫硝的目的[9]。

　　SCR煙氣脫硝以NH3作為還原劑的，其主要化學(xué)反應(yīng)為：

　　除主反應(yīng)外，SCR脫硝過(guò)程中還會(huì)發(fā)生一些副反應(yīng)：

　　它是一種具有強(qiáng)粘性和腐蝕性的材料，會(huì)使空氣預(yù)生成器發(fā)生塞堵，并對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)阻礙。所以，必須按時(shí)精準(zhǔn)地調(diào)整氨的注入量，以減少不良反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)保證標(biāo)準(zhǔn)的排放，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際應(yīng)用，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)核心控制對(duì)象有兩個(gè)，如下：

　　(1)保證反硝化效率，并在環(huán)保要求的范圍內(nèi)控制出口煙道氣中NOX的濃度。

　　(2)保證氨氣的逸出率不超過(guò)限制，以免氨氣噴灑過(guò)多。SCR系統(tǒng)在工作中需要及時(shí)調(diào)整和完善。在保證脫硝效率的基礎(chǔ)上，建立更精準(zhǔn)的SCR氨氣噴射系統(tǒng)

　　2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能剖析

　　在實(shí)際運(yùn)行中，SCR氨水量的控制使用前饋反饋PID閉環(huán)控制，如圖1所示。

　　其中SPN為反應(yīng)器出口煙NOX設(shè)定值，mg/m3。

　　滯后環(huán)節(jié)DELAY的傳遞函數(shù)為

　　式中：k為比例系數(shù)，T為慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，DT為滯后時(shí)間常數(shù)。

　　增量型PID調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)為：

　　式中：Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Kd為微分比例常數(shù);Td為微分時(shí)間常數(shù);FF(s)為前饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。限幅環(huán)節(jié)LM，輸出限制于-M和+M之間。

　　串級(jí)PID控制系統(tǒng)可以迅速抵抗系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，并能及時(shí)順應(yīng)單位負(fù)荷的改變，因此被大量使用在受控對(duì)象中。前饋控制作用后控制穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)時(shí)間有顯著變化，可以及時(shí)反映被調(diào)量的變化，從而克服大延遲環(huán)節(jié)的影響。前饋控制能夠防止測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，進(jìn)而使控制系統(tǒng)發(fā)生故障。自適應(yīng)前饋控制能夠減少模型不確定性和參數(shù)變化的要求，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)自身控制參數(shù)的控制方法。

　　3 階躍響應(yīng)仿真結(jié)果分析

　　將上文所述的前饋模型當(dāng)做被控對(duì)象，使用現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善。采用MATLAB/Simulink對(duì)優(yōu)化控制系統(tǒng)的噴氨量進(jìn)行仿真驗(yàn)證，在PID前饋控制的基礎(chǔ)上，采用自適應(yīng)前饋控制，在設(shè)置SCR入口NOX濃度為300mg/m3，出口NOX濃度設(shè)定值為50mg/m3，仿真結(jié)果如圖2所示。

　　從圖中可以看出，自適應(yīng)前饋控制系統(tǒng)具有較好的控制效果，能夠在設(shè)定附近控制出口處的NOX濃度。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文采用SCR系統(tǒng)噴氨自適應(yīng)前饋控制方法，利用階躍響應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)控制效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，在保證達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)避免了過(guò)量噴氨，將出口濃度控制在設(shè)定值。

　　隨著我國(guó)針對(duì)脫銷系統(tǒng)排放要求的日益嚴(yán)格，SCR煙氣脫硝體系已經(jīng)成為我國(guó)化工系統(tǒng)、火力發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用的主要脫銷方法與體系。傳統(tǒng)的SCR煙氣脫硝體系普遍存在NH3/NHx氣體分布均勻性控制能力差等問(wèn)題，對(duì)燃煤機(jī)組的安全性具有一定的影響。根據(jù)變量間的非線性關(guān)系將預(yù)測(cè)模型與MKPLS模型相結(jié)合，建立了節(jié)能減排背景下火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，該系統(tǒng)在效率上提高脫硝率，同時(shí)在環(huán)保上實(shí)現(xiàn)了噴氨量的精確控制。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 錢虹，柴婷婷，張超凡.基于深度循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)出口NOX排放預(yù)測(cè)研究[J].熱能動(dòng)力工程，2020，35(8)：77-84.

　　[2] 劉彥龍.熱電廠煙氣脫硝脫硫除塵系統(tǒng)改造及工程實(shí)踐[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2020.

　　[3] 高建強(qiáng)，梁勝瑩.SCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究[J].電力科學(xué)與工程，2018，34(10)：56-62.

　　[4] 羅子湛，孟立新.燃煤電站SCR煙氣脫硝噴氨自動(dòng)控制方式優(yōu)化[J].電站系統(tǒng)工程，2010，26(4)：59-60.

　　[5] 武寶會(huì)，崔利.火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2013，42(10)：116-119，126.

　　[6] 殷慧. 燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模與控制方法研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2020.

　　[7] 秦天牧，尤默.基于自適應(yīng)智能前饋的SCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)化控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39(10)：186-192.

　　[8] 馬增輝，徐慧儀，朱潤(rùn)潮.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)魯棒干擾控制研究[J].控制工程，2020，27(1)：114-120.

　　[9] 孫金龍.330MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化研究[J].控制理論與應(yīng)用，2019，36(1)： 65-72.

　　[10] 李靖菀.SCR煙氣脫硝工藝還原劑系統(tǒng)分類與應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2020，(12)：19-21.

　　[11] 白光遠(yuǎn)，張偉偉，吳斌.600MW機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)NOX多點(diǎn)取樣試驗(yàn)研究[J].發(fā)電設(shè)備，2020，34(3)：184-187，195.

　　[12] 李健，譚文，張彬文.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)線性自抗擾控制研究[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2019，39(3)：203-207.[1] 2

　　推薦閱讀：燃煤火電機(jī)組深度調(diào)峰交易收益測(cè)算模型與分析