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            某135MW机组NOx排放精准控制的实践

            发布时间: 2019-08-26     来源: 北极星环保网

            近年来,电力市场改革力度不断加大,而135MW燃煤机组产能落后,生产成本高,环保指标却与1000MW燃煤机组一致,这就导致其在电力市场上的竞争力大大落后,企业亏损,生存压力大;同时也造成了企业在其技术升级改造方面,资金投入大大减少。在这种情况下,针对NOx排放多次出现超标、控制异常的情况,为实现NOx排放的精准控制,从管理和技术层面提出了对应的措施和方案。

            根据《煤电大玩家彩票网址升级与改造行动计划(2014—2020年)》(发改能源[2014]2093号)和《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(粤发改能电[2016]75号)文件的要求,某电厂2×135MW超高压燃煤发电机组污染物排放需要达到燃气轮机组排放标准(NOx排放浓度不大于50mg/m3、二氧化硫不大于35mg/m3、烟尘不大于10mg/m3)。

            2018年进行超低排放改造,包括烟气脱硝改造(原有催化剂更换+加装备用层)、电除尘改造(低低温电除尘+高效电源)、湿法脱硫增容、湿法脱硫协同除尘(高效除雾器改造)、烟气再热器,控制NOx、烟尘和二氧化硫排放基本满足当前要求。

            1 NOx控制存在问题分析

            该机组NOx控制技术采用的是选择性催化还原烟气脱硝SCRSCR反应器布置在省煤器和空气预热器之间,共布置3层催化剂。脱硝出口和入口各装有一套烟气在线监测系统CEMS,烟气取样是单侧单点取样。

            超低排放改造后投入运行一年多来,陆陆续续发现存在以下问题:

            问题一:脱硝出口NOx测量与净烟气NOx测量值偏差大,多次出现净烟气NOx测量大于脱硝出口NOx的情况,甚至排放超标,如图1所示。

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            图1 脱硝出口Nx测量与净烟气Nx测量对比

            问题二:SCR区出口NOx实测浓度信号来自脱硝CEMS系统,为了预防取样管路堵塞,CEMS系统定时对取样管路进行反吹扫,吹扫时间大约6min。吹扫过程中,NOx浓度值保持不变,导致了自动控制系统失效,在吹扫结束后,NOx浓度极易超标。

            问题三:喷氨调整门自动控制异常问题。如图2所示,红色是#3炉出口NOx浓度曲线,蓝色是调节阀阀位曲线。分析可知,#3炉喷氨自动控制存在明显的等幅振荡、滞后情况,静态时设定值为35mg/m3,实际出口NOx浓度在2243mg/m3范围内等幅振荡,周期为24min

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            图2 喷氨自动控制过程

            2解决方案

            环保排放达标关系到企业的生死存亡,而近年来电力市场改革,老旧机组发电成本相对较高,企业效益差,技改费用有限。在这种背景下,针对近来NOx排放多次出现超标、控制异常的情况,为实现NOx排放的精准控制,企业只能挖掘内部潜力。首先在管理上加以重视,特意成立NOx精准控制攻关小组。小组设置组长一名,组员若干,小组职责如下:

            1)每日检查喷氨自动的实际运行情况,特别需要关注反吹、升负荷、启制粉时的运行曲线、操作记录;

            2)出现异常超标时,组织进行原因分析,制定对应措施与方案,并形成记录。

            2.1问题一解决方案

            净烟气NOx分析仪是超低排放改造时的新设备,安装所在位置烟气经过充分混合,成分分布均匀,流速稳定,测量可靠。脱硝出口CEMS系统是2014年脱硝改造时产品,多次用标气校准结果显示也是正确的。从图1曲线分析,测量的偏差不是长期的,问题原因归根于分析仪的烟气取样情况及运行工况。

            2012年时,为了降低生产成本,企业对锅炉进行了改烧烟煤改造,从脱硝入口位置抽取烟气用于制粉系统,这是每次启停制粉系统都造成烟道流场波动很大的原因,给烟气均匀取样造成了困难。目前脱硝出口CEMS系统烟气取样为抽取式、单侧单点取样,而烟道宽敞,内部烟气成分分布不均,导致采到的样气不具有代表性。这两个原因造成了测量结果与实际值数据偏差大。

            为了取到稳定、更加具有代表性的合格烟气,近年来很多电厂都对烟气取样进行了网格取样改造,以保证测量数据的真实性。从企业现有的经营状况出发,暂时不具备进行该技术改造的资金条件,但技术上可以参考网格取样。具体做法如下:

            (1)加长取样管,由伸入烟道1m加长至2m;

            (2)原来取样管只有1个取样口,在取样管上增加3取样口,均匀分布;

            (3)在对侧再增加一个取样口,把取样的烟气混合后再处理测量。从实际运行情况看,该改造效果很明显。

            2.2问题二解决方案

            问题二其实是所有CEMS系统存在的固有问题,为了消除反吹时被调量NOx测量值不动对控制系统调节质量的影响,现提出如下解决方案:

            原控制策略如图3所示。

            现控制策略如图4所示。

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            图3 原控制策略

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            图4 现控制策略

            增加CEMS系统反吹信号D作为系统控制切换信号。

            当吹扫时,D=1,切除积分作用,选择模块2输出值为取大值模块的输出;吹扫结束后,D=0,切换回PID控制,输出指令为吹扫前值。

            增加一个根据机组入口NOx含量的变化量来设定开环控制函数F(X)输出值,在吹扫时与PID模块输出值比较,为了保证出口NOx不超标,取最大值输出。F(X)是一个经验值,主要受煤种影响,而对于这种相对落后的135MW机组,对煤种的适应性不强,实际运行过程中煤种变化不大,该经验值F(X)可长期使用。

            2.3问题三解决方案

            该机组喷氨调整门是气动控制的,造成了等幅振荡、控制滞后等问题,其实是由于控制逻辑算法参数没有充分利用气动调整门动作快、频率高的优点。

            喷氨自动控制逻辑主要是通过两级PID算法控制喷氨调节阀开度,两个PID算法参数分别为K:0.0002、Ti:5000和K:0.002、Ti:232,结合图2曲线分析,基本整个控制过程只有第二个PID积分控制起作用。

            处理措施如下:

            修改PID算法参数为K0.2Ti150K0.3Ti232,同时重新整定f(x)函数,将偏差上下限(1.150.85)修改为(1.20.85),该输出为PID的偏差输入,使得超过设定值时动作更快。

            分析图5所示曲线,静态时设定值为40mg/m3,实际出口NOx浓度能控制在3544mg/m3范围内,且超出设定值时能在短时间内控制降下来,效果很明显。

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            图5 喷氨自动参数优化效果图

            3结语

            135MW燃煤老机组实际运行中,在环保排放方面面对的困难要比百万新机组多很多,而在经营压力下,技术改造方面投入有限,面对这些困难,企业应积极调动员工的主观能动性,进行各种分析尝试,才能找到问题的解决之道。