火力发电厂脱硝自动控制系统的优化与改进.pdf

第 3 7卷第 4期 2 0 1 4年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 7。 No ． 4 Au g ．。 2 01 4 火力发 电厂脱硝 自动控制系统 的优化与改进 曾俊 华电宜宾分公司热工专业公司， 四川 宜宾6 4 4 0 0 0 摘要 主要针对火电厂脱硝 系统在供氨调节门在 自动运行状态中出现的问题对脱硝系统中现场设备和 D C S逻辑进 行优化 ， 提 高自动投 入率 ， 确保脱硝 系统达标排放要 求。 关键词 脱硝； 自动控制； C E MS Ab s t r a c t Ma i n l y a i mi n g a t t h e p r o b l e ms a p p e a r e d d u ri n g t h e a u t o ma t i c o p e r a t i o n o f r e g u l a t i n g v a l v e f o r a mmo n i a s u p p l y i n d e n i t r a t i o n s y s t e m o f t h e r ma l p o w e r p l a n t s ， t h e o ns i t e d e v i c e s a n d DC S l o g i c o f d e n i t r a t i o n s y s t e m a r e o p t i mi z e d i n o r d e r t o i m p r o v e t h e a u t o ma t i c i n p u t r a t e a n d t o e n s u r e t h e s a t i s f i e d e mi s s i o n s o f d e n i t r a t i o n s y s t e m． Ke y wo r d s d e n i t r a t i o n；a u t o ma t i c c o n t rol ；C EMS 中图分类号 T K 3 2 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 1 4 0 4 0 0 9 2 0 3 0 引 言 主要介绍 了火力发 电厂脱硝系统中直接影响到 脱硝效果的供氨调节门由于 自动控制系统不适合现 场工况， 导致脱硝 自 动控制系统波动大， 正常运行中 自动无法投入。通过对现场 自动 控制系统和 D C S 系统组态的分析和优化。提高 自动投 入率 ， 确保脱 硝 自动系统正常投入 ， N O 排放物达标排放要求。 1 故障现象 某 2 6 0 0 M W 火电厂脱硝系统采用催化还原 法脱硝 S C R 工艺进行脱硝工作。脱硝装置布置于 省煤器之后， 液氨作为还原剂， 经过蒸汽水浴加热蒸 发成氨气 ， 再经稀释风稀释后 ， 在催化剂作用下 ， 将 氮氧化物在一定温度条件 设计为 3 3 0℃ 一 4 2 0℃ 下还原为无害的氮气和水。从系统构造来看， 影响 脱硝效果好坏的一个重要因素就是还原剂氨气喷人 脱硝反应器的多少直接决定着脱硝系统的工作效 果。如果喷入氨气过少， 会出现氮氧化物超排， 如果 喷人氨气过多， 会导致液氨的浪费。根据环保局的 要求结合该厂的具体情况要求运行人员通过控制液 氨调节门的开度控制脱硝后 N O 含量在 8 01 3 0 ms ／ n m 之 内。运行人员将供氨调节门投入 自动后 9 2 长期出现调 门波动 大， 自动经 常退 出， N O 含量长 期超排或液氨喷入过多 的现象 ， 严重影响脱硝 系统 的正常运行 ， 增大运行人员的工作量。 2 原因分析 为了找出对液氨调节 门不能 自动正常投运的原 因， 分别从系统和 D C S组态上进行查找 ， 找出问题 并针对问题一一解决 。 1 通过对 D C S系统中氨气流量控制 阀 P I D控 制模块组态的分析发现 ， 组态系统中的控制对象过 程值为机组脱硝后的脱硝效率即 脱硝前烟气 N O 含量 一脱 硝后 烟气 N O 含量 脱硝前 烟气 N O 含量 1 0 0 。而运行人员在实际运行操作 中根据相 关要求主要是控制脱硝后烟气 N O 含量在8 0 1 3 0 mg ／ n m 范围内运行 ， 控制对象脱硝效率和脱硝后烟 气 N O 含量有关但不能直接及时反应脱硝后烟气 N O 含量 的变化情况 ， 控制 目标含糊导致 自动控制 系统不能达到预期控制效果 ， 这是导致 自动长期不 能投运的主要原因。 2 从系统上看 ， 分别调取液氨调节 门指令和反 馈曲线 ， 液氨流量和液氨调节门阀位反馈 曲线进行分 析 ， 发现液氨调节 门反应迟缓 ， 死区大， 最大时达到 6 ％。对液氨流量和液氨调节门阀位反馈曲线分析发 现液氨流量对调节门阀位反馈 曲线跟踪的不好。这 是造成脱硝 自动投入效果不理想的原因之一。 第3 7卷第4 期 2 0 1 4年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c Po we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 7， No ． 4 Au g ．。 2 01 4 3 现场使用的烟气分析仪表为北京雪迪龙生 产 的 S C S一 9 0 0型烟气排放连续 监测 系统 ， 为 了防 止伴热取样管路堵塞该系统设置为每 5 m i n系统 自 动反吹一次， 每 1 5 m i n系统自动标定一次， 在系统 自动反吹和标定期间， 其 N O 测量值锁定为反吹和 标定前 N O 测量值。由于反吹和标定的频率高、 时 间长会导致 自动调节系统在测量值锁定期间出现过 调情况 ， 反吹和标定完成后 ， 系统又会花较长时间进 行回调 ， 致使调节系统大范围波动 ， 影 响系统的稳定 性。这是导致 自动长期不能投运的主要原因。 3 处理对策 针对以上 3 条导致脱硝系统中供氨调节门不能 投人 自动运行的原因 ， 逐一进行分析 ， 并根据该系统 实际情况进行解决处理 。 1 针对当前 自动控制 P I D模块控制对象为脱 硝效率， 而在实际运行操作中又是以脱硝后 N O 含 量作为考核指标， 虽然脱硝效率和脱硝后 N O 含量 有一定关联， 但由于控制目标的不准确， 导致 自 动投 入后效果差 。根据这一情况 ， 利用机组停机机会对 D C S中自 动模块 目标值 即 P V值 进行修改， 将原 来的脱硝效率改为 N O 含量测量值 ， 实现 自动控制 目 标值即为运行人员考核 目标， 方便运行人员操作 和控制。如图 1 所示。 2 针对系统中供氨调节门死区偏大， 阀门开 度和液氨流量曲线跟踪不好的问题。通过现场检 查， 该系统中供氨调节门为美国进 口L im i t o r q u e电 动执行器 ， 该执行器的死 区可 以从 l ％ 一5 0 ％任意 选择 ， 执行器默认值为 2 ％。根据 以上情况进入 执 行器系统设置菜单后将死 区由 2 ％修改为 1 ％ ， 以增 强阀门对 D C S指令响应 的灵敏度。同时从 系统上 检查 ， 在供氨调节门前设置有一过滤器 ， 由于长期使 用液氨过滤器可能存在堵塞情况。过滤器是影响液 氨流量曲线跟踪液氨调节门开度曲线不好的重要原 因， 利用停炉机会对过滤器进行清洗或更换 。 3 现场在线烟气监测仪表 C E M S所具有的自 动维护功能 定 时 自动反 吹和定 时 自动标定 是导 致该系统 自动投入不理想 的最大因素， 对 自动控制 系统的扰动也最大， 对自动调节要求也更高， 如果这 个问题解决不好， 很有可能导致自动控制系统彻底 崩溃， 在不增加新的投入的情况下， 利用现有设备只 有在 D C S组态逻辑上进行考虑 ， 当 D C S系统检测到 C E M S 仪表在自我维护 反吹、 标定、 故障 等测量输 出值不是烟气 N O 含量真实值的情况下自动控制 系统、 自 动停止系统调节功能， 将供氨调节阀门开度 维持在在线监测仪表 自我维护之前的开度 ， 当在线 监测仪表自我维护完成后自动调节系统再开放调节 功能进行 自动调节 ， 尽量 减少 在线监 测仪表 C E MS 自我维护过程中烟气 N O 测量值输出自动锁定导 致的扰动对 自动控制系统的影响。如图 1 所示。 图 1中 MO X P O D I I 模块为 D C S中自动调节 P I D 模 块。 C F K 3 4 X B 1 0 4 为 分 析 仪 校 准 状 态， C F K 3 4 X B 1 0 1 为分析仪故障状态， C F K 3 4 X B 1 0 6为 分析仪反吹状态。当3 个状态中任何一个发出通过 一 个 O R模块进行判断。S T _ S E L模块为选择开关 ， 当 S 1为 1时 V A L 2为输出值即 H S J 1 2 A A1 0 0 一 s P 设 定值 为输出值 ， 此时M O X P O D I I 模块设定值R S P 图 1 现场烟气监控制模块 图 9 3 第 3 7卷第 4期 2 0 1 4年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t ric Po we r Te c h n o l o g y V0 J ． 3 7。 No ． 4 Au g ．， 2 0 1 4 和测量值 P V相同， M O X P O D I I 模块不进行调节。当 S 1为 0时， S T S E L模块 V A L 1即 H S A 2 0 C Q 1 0 3 分 析仪 N O x 测量值 为输出值， M O X P O D I I 模块根据 设定值和测量值偏差进行自动调节。 4 总结 通过以上几条措施的执行 ， 脱硝供氨调节门自动 运行投入率大大提高， 在不对系统进行大的改动下， 自动系统稳定性和可靠性得到了很大的提升。当然， 如果要彻底避免 C E M S在线监测仪表 自我维护功能 对自 动控制系统的影响， 建议应多增加一台脱硝出口 C E M S 在线监测仪表， D C S 组态中对两台 c E M S测量 的N O 值进行分析判断， 当两台仪表均正常工作时， N O 值取两台仪表测量的平均值， 当一台进行自我维 护时， N O 值取正常工作仪表值， 这样将更进一步提 高该自动控制系统的可靠性和稳定性。 5 结束语 随着国家对环保要求的提高以及两部委 燃煤 发电机组环保电价及环保设施运行监管办法 的实 施， 火力发电厂对环保系统和环保设备的稳定可靠 运行提出了更高的要求， 前面以6 0 0 M W 火力发电 厂脱硝 自 动控制系统的优化与改进为例， 详细分析 了在火力发 电厂中影响脱硝 自动控制系统正常运行 的各类因素以及解决处理办法， 为同类 型的问题提 供了一个成功的案例 。 参考文献 [ 1 ] T C S 3 0 0 0仪电一体化分散控制系统系统手册[ R] ． 国 电南京 自动化股份有限公司． [ 2 ] L i m i t o r q u e MX电动执行装置使用说明书[ R] ． 美 国 fl o w s e r v e 公 司． [ 3 ] S I E M E N S U L T R A M A T 2 3操作说 明 [ R ] ． 德 国 S I E ． M E N S 公 司． 作者简介 曾俊 1 9 7 4 ， 本科， 电力工程师， 华电宜宾分公司热 工专业公司经理， 主要从事火力发电厂热控专业检修及维修 工作 。 l 收稿日期 2 0 1 4 0 51 7 上接 第6 1页 频率下降或上升引起定子电压的下降或上升。该研 究为分析电网频率变化期 间直驱永磁风力发 电系统 实际运行 、 出力变化情况奠定 了基础。 参考文献 [ 1 ]L i s e r r e M， S a u t e r T ， H u n g J Y ．F u t u r e E n e r g y S y s t e ms I n t e g r a t i n g Re n e wa b l e E n e r g y S o u r c e s i n t o t h e S ma r t P o w e r G r i d t h r o u g h I n d u s t ri a l E l e c t r o n i c s [ J ] ．I E E E T r a n s a c t i o n s o n I n d u s t ri a l E l e c t r o n i c s Ma g a z i n e，2 0 1 0， 4 1 1 8 3 7 ． [ 2 ] A R A B I S ，K U N D U R P ．S t a b i l i t y Mo d e l i n g o f S t o r a g e D e - v i c e s i n F A C T S A p p l i c a t i o n s [ C ] ．I E E E P o w e r E n g S o c S u mme r Me e t i n g ． V a n c o u v e r ，Ca n a d a ，2 0 0 1 1 51 9 ． [ 3 ] C o n ro y J ， W a t s o n ， R ． A g g r e g a t e of W i n d F a r m s C o n t a i n i n g F u l l c o n v e r t e r Wi n d T u r b i n e Ge n e r a t o r s w i t h P e r ma n e n t Ma g n e t S y n c h r o n o u s Ma c h i n e s T r a n s i e n t S t a b i l i t y S t u d i e s [ J ] ． R e n e n w a b l e P o w e r Gen e r a ti o n ， I E 3 “ ， 2 O O 9 ， 3 1 3 9 5 2 ． [ 4 ] K i H o n g K i m ， T o o n C h e u l J e u n g ， D o n g C h o o n L e e ， et a1．L VR T S c h e me o f P MS G Wi n d P o w e r S y s t e ms B a s e d o n F e e d b a c k L i n e a r i z a t i o n [ J ] ．I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s ， 2 0 1 2 ， 2 7 5 2 3 7 6 238 4 ． 94 [ 5 ] C o n r o y ， J F ； Wa t s o n ， R ．F r e q u e n c y R esp o n s e C a p a b i l i t y of F u l l C o n v e r t e r Wi I I d T u r b i n e Ge n e r a t o rs i n Co mp a r i son t o Con v e nt i o n a l G e n e r a ti o n [ J ] ．I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w - e r E l c c t r o n i c s ， 2 0 0 8 ， 23 2 6 4 9 6 5 6 ． [ 6 ] 谢萍， 刘永强． 直驱式永磁同步风力发电系统的整合 模型与仿真[ J ] ． 可再生能源， 2 0 1 1 ， 2 9 3 1 3 1 6 ． [ 7 ] 李军军， 吴政球． 风电参与一次调频的小扰动稳定性 分析[ J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 1 1 ， 3 1 1 3 1 9 ． [ 8 ] 蔺红， 晁勤． 并网型直驱式永磁同步风力发电系统暂 态特性仿 真分 析 [ J ] ． 电力 自动化设 备， 2 0 1 0 ， 3 0 1 1 1 5 ． [ 9 ] 程航， 曹五顺 ， 周明星． 不对称电网电压条件下直驱永 磁风力发电机组并网逆变器的双电流闭环控制策略的 研究[ J ] ． 电力系统保护和控制， 2 0 1 2 ， 4 0 7 6 6 7 2 ． [ 1 0 ] 杨晓萍， 郭鑫． 直驱式永磁风力发电机组并网控制[ J ] ． 电力系统及其自动化学报， 2 0 1 1 ， 23 6 1 2 1 1 2 6 ． 作者简介 冯树辉 1 9 8 5 ， 硕士， 主要研究方向为电力 系统建模与 辨识 、 电力 系统稳 定与控 制 ； 杨浩 1 9 6 0 ， 博士， 副教授， 主要研究方向为电力系 统信 号处理 、 保护与控制 ； 项 丹 1 9 8 6 ， 硕士， 主要研究方向为发电机控制策略 及 其电力电子技 术在 电力 系统 中的应 用研 究。 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 8