来源：期刊VIP网所属分类：工业设计发布时间：2021-05-15浏览：次
摘 要：为了响应国家的环保要求，选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)烟气脱硝系统得到了广泛应用。大部分燃煤电厂都使用了SCR烟气脱硝技术，由于SCR烟气脱硝系统普遍存在反应时间较长、控制滞后、时变非线性等特点，本文提出了基于自適应前馈控制方法。利用现场实际运行数据，通过仿真实验对该方法进行验证，实验结果表明，与传统的PID控制方法相比，该方法在抗扰动能力、跟踪设定值方面均优于常规控制方案。
关键词：选择性催化还原法 烟气脱硝 前馈控制 自适应
近年来，我国在发电、化工等行业在硫氧化物和粉尘排放控制方面已经取得了一定的成效，但是国家对于环境保护重视程度的不断提高，环保考核的指标也提高了，氮氧化物的控制成为了最关键的问题之一。在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法(SCR：Selective Catalytic Reduction)由于其脱硝效率高，工艺技术成熟，选择性好，运行可靠且二次污染很小，所以是符合我国国情的电厂烟气脱硝技术，并且也是国内外应用最为广泛的烟气脱硝技术。
煤质、反应温度、催化剂活性、喷氨流量和烟气流量等因素影响SCR烟气脱硝系统的控制。其中，影响反硝化效率的主要原因就是氨流量。氨水过少会导致SCR出口的NOX浓度超标，环保指标达不到标准。过量的氨会增加氨的逸出量，导致NH3，水和SO2在催化剂的作用下产生反应。生成和NH4HSO4NH4HSO4 (NH4)2SO4(NH4)2SO4依附在催化剂表面，它将严重阻碍了催化剂活性的释放，并阻塞空气预热器，导致空气预热器的压差较高。所以，控制氨流量是SCR脱硝控制系统安全，平稳运行的重点。文章使用了SCR系统中氨注入的自适应前馈控制方法，阶跃响应仿真实验用于仿真验证和与传统控制方法的比较，在保证达标排放的同时避免了过量喷氨，将出口浓度控制在设定值。
1 SCR烟气脱硝概述
SCR烟气反硝化系统布置有高灰，SCR反应器布置在省煤器与空气预处理器之间，其温度经常处在300～500℃，SCR烟气脱硝系统的催化活性相对较强，更有利于氨气与氧氮化合物的REDOX反应。SCR烟气脱硝系统主要包括氨喷射格栅，催化剂，SCR反应器等。在省煤器的烟道出口中排除烟气，进入SCR反应器入口烟道的垂直接头处，并注入氨气与之融合，通过整流器直降，通过布置脱硝SCR反应器的催化剂REDOX反应，将烟道中的NOX 气体转化为氮气和水，达到烟气脱硝的目的[9]。
SCR烟气脱硝以NH3作为还原剂的，其主要化学反应为：
除主反应外，SCR脱硝过程中还会发生一些副反应：
它是一种具有强粘性和腐蚀性的材料，会使空气预生成器发生塞堵，并对设备的安全运行带来阻碍。所以，必须按时精准地调整氨的注入量，以减少不良反应的发生，同时保证标准的排放，提高机组运行的安全性和经济性。在实际应用，SCR烟气脱硝系统核心控制对象有两个，如下：
(1)保证反硝化效率，并在环保要求的范围内控制出口烟道气中NOX的浓度。
(2)保证氨气的逸出率不超过限制，以免氨气喷洒过多。SCR系统在工作中需要及时调整和完善。在保证脱硝效率的基础上，建立更精准的SCR氨气喷射系统
2 SCR烟气脱硝系统动态性能剖析
在实际运行中，SCR氨水量的控制使用前馈反馈PID闭环控制，如图1所示。
其中SPN为反应器出口烟NOX设定值，mg/m3。
滞后环节DELAY的传递函数为
式中：k為比例系数，T为惯性环节时间常数，DT为滞后时间常数。
增量型PID调节传递函数为：
式中：Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Kd为微分比例常数;Td为微分时间常数;FF(s)为前馈环节传递函数。限幅环节LM，输出限制于-M和+M之间。
串级PID控制系统可以迅速抵抗系统内部的干扰，并能及时顺应单位负荷的改变，因此被大量使用在受控对象中。前馈控制作用后控制稳定性和调节时间有显著变化，可以及时反映被调量的变化，从而克服大延迟环节的影响。前馈控制能够防止测量数据不准确，进而使控制系统发生故障。自适应前馈控制能够减少模型不确定性和参数变化的要求，随着机组负荷的变化而自动调节自身控制参数的控制方法。
3 阶跃响应仿真结果分析
将上文所述的前馈模型当做被控对象，使用现场采集的数据，来对控制系统进行完善。采用MATLAB/Simulink对优化控制系统的喷氨量进行仿真验证，在PID前馈控制的基础上，采用自适应前馈控制，在设置SCR入口NOX浓度为300mg/m3，出口NOX浓度设定值为50mg/m3，仿真结果如图2所示。
从图中可以看出，自适应前馈控制系统具有较好的控制效果，能够在设定附近控制出口处的NOX浓度。
4 结语
本文采用SCR系统喷氨自适应前馈控制方法，利用阶跃响应仿真实验对控制效果进行验证，结果表明，在保证达标排放的同时避免了过量喷氨，将出口浓度控制在设定值。
随着我国针对脱销系统排放要求的日益严格，SCR烟气脱硝体系已经成为我国化工系统、火力发电系统等应用的主要脱销方法与体系。传统的SCR烟气脱硝体系普遍存在NH3/NHx气体分布均匀性控制能力差等问题，对燃煤机组的安全性具有一定的影响。根据变量间的非线性关系将预测模型与MKPLS模型相结合，建立了节能减排背景下火电厂SCR烟气脱硝系统，该系统在效率上提高脱硝率，同时在环保上实现了喷氨量的精确控制。
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文章名称： 基于自适应前馈控制的SCR烟气脱硝系统分析
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