基于PLC的循環(huán)流化床鍋爐選擇性非催化還原法脫硝（SNCR）控制系統(tǒng)

1、 基于plc的循環(huán)流化床鍋爐選擇性非催化還原法脫硝（sncr）控制系統(tǒng) 摘要：隨著工業(yè)化的不斷推進(jìn)，plc控制技術(shù)在各行各業(yè)得到了大力推廣和應(yīng)用，尤其在電力和化工行業(yè)。本文介紹了通過plc控制技術(shù)完成循環(huán)流化床鍋爐sncr脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行的原理、方法、控制邏輯等。關(guān)鍵詞：sncr脫硝；控制系統(tǒng)；pid；調(diào)節(jié)閥；nox濃度根據(jù)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)gb13223-2011、煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(20142020年)及地方相關(guān)環(huán)保政策，某公司新建2臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐，同期配套要2套鍋爐煙氣處理脫硝裝置。脫硝裝置采用選擇性非催化還原法（sncr）工藝路線，確保sncr出口nox

2、濃度低于100mg/nm3（干態(tài)，6%氧氣）、氨逃逸量控制在8mg/m3以下。1. sncr系統(tǒng)概述整套sncr脫硝裝置主要包括還原劑儲(chǔ)存系統(tǒng)、稀釋水系統(tǒng)、計(jì)量噴射系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。 還原劑儲(chǔ)存系統(tǒng)包括氨水儲(chǔ)罐、氨水卸載泵、氨水輸送泵及配套儀表等。稀釋水系統(tǒng)包括稀釋水罐、稀釋水泵、補(bǔ)水閥及配套儀表等。計(jì)量噴射系統(tǒng)包括氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥、噴槍等及配套儀表。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：氮氧化物分析儀、氨逃逸分析儀等。工藝流程圖如下圖1：圖12. 控制系統(tǒng)1. 控制系統(tǒng)概述脫硝控制系統(tǒng)采用西門子s7-1500系列plc，兩臺(tái)爐共用一套plc系統(tǒng)。配套1臺(tái)工程師站（兼操作員站）、1臺(tái)操作員站。控制系統(tǒng)可在無(wú)

3、需現(xiàn)場(chǎng)就地人員配合的條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 控制系統(tǒng)主要功能包括：數(shù)據(jù)采集處理、模擬量控制、順序控制、顯示、報(bào)警、歷史記錄等?？刂葡到y(tǒng)軟硬件采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)，安全可靠。層次設(shè)計(jì)，共三層： 一層-現(xiàn)場(chǎng)溫度、液位、流量等傳感器及閥門執(zhí)行機(jī)器二層-現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制柜三層-人機(jī)交互界面2. plc控制系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及模塊配置圖如下圖2： 圖2其中電源模塊（ps01）采用6ep1 333-2ba20,24vdc/5a；主控制器（cpu01）采用6es7513-1al01-0ab0；接口模塊（im01）采用6es7 155-6au01-0bn0。模擬量輸入模塊（ai0107）采用6es7 134

4、-6gf00-0aa1；模擬量輸出模塊（ao0102）采用6es7 135-6hd00-0ba1；數(shù)字量輸入模塊（di0104）采用6es7 131-6bh01-0ba0；數(shù)字量輸出模塊（do0102）采用6es7 132-6bh01-0ba0。3. 儀表系統(tǒng)根據(jù)工藝和測(cè)量要求，煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用某公司的scs-900c型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；氨逃逸分析儀采用lds-200h型號(hào)產(chǎn)品；調(diào)節(jié)閥采用氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥；氨水流量測(cè)量采用電磁流量計(jì);稀釋水流量計(jì)采用金屬浮子流量計(jì)。3. 控制邏輯sncr脫硝控制系統(tǒng)的主要控制邏輯在計(jì)量噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將20%濃度氨水和稀釋水（除鹽水）通過調(diào)節(jié)閥

5、混合成不同濃度的低濃度氨水，再經(jīng)過噴槍噴射霧化后進(jìn)入煙道與煙氣進(jìn)行反應(yīng)。1. 設(shè)定值（可修改）nox濃度30分鐘設(shè)定值 100mg/nm3 (限值100-200） 壓縮空氣壓力低 0.3mpanox濃度24小時(shí)設(shè)定值 100mg/nm3 (限值100-200） 壓縮空氣壓力高 0.8mpa啟動(dòng)sncr爐膛溫度設(shè)定值 830 混合溶液壓力低 0.3mpa啟動(dòng)sncr鍋爐負(fù)荷設(shè)定值 20t/h 混合溶液壓力高 0.8mpa氨水流量最小值 30kg/h 氨水流量低 40kg/h氨水流量最大值 300kg/h 氨水流量高 250kg/h氨水流量基準(zhǔn)值 80kg/h 混合液總量設(shè)定值 240kg/h氨水

6、調(diào)節(jié)閥最大開度設(shè)定值氨水調(diào)節(jié)閥最小開度設(shè)定值2. 顯示值nox標(biāo)氧濃度 -mg/nm3 壓縮空氣壓力 -mpao實(shí)氧 -% 氨水壓力 -mpanh3逃逸 -mg/m3 氨水流量 -kg/h鍋爐溫度 -鍋爐負(fù)荷 -t/hnox濃度30分鐘平均值 -mg/nm3nox濃度24小時(shí)平均值 -mg/nm31. 計(jì)量噴射系統(tǒng)啟動(dòng)/退出1. 計(jì)量噴射系統(tǒng)啟動(dòng)條件a. 爐膛溫度高于啟動(dòng)sncr爐膛溫度設(shè)定值；鍋爐負(fù)荷高于啟動(dòng)sncr鍋爐負(fù)荷設(shè)定值；任一臺(tái)氨水輸送泵、稀釋水泵運(yùn)行，無(wú)故障；壓縮空氣壓力無(wú)報(bào)警。系統(tǒng)啟動(dòng)初期，氨水按流量基準(zhǔn)值進(jìn)行噴射。閥門開啟采用漸開方式，閥門動(dòng)作幅度5%開度/1s，按基準(zhǔn)值噴射

7、時(shí)間為4min。2. 計(jì)量噴射系統(tǒng)退出條件a. 爐膛溫度低于啟動(dòng)sncr爐膛溫度設(shè)定值，延時(shí)10s；鍋爐負(fù)荷低于啟動(dòng)sncr鍋爐負(fù)荷設(shè)定值，延時(shí)20s；壓縮空氣壓力低或混合溶液壓力低，延時(shí)20s；所有氨水輸送泵或稀釋水泵處于停止?fàn)顟B(tài)；任一臺(tái)氨水輸送泵運(yùn)行，且氨水流量低；延時(shí)3min報(bào)警；脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行后，延時(shí)5s，氨水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。2. 計(jì)量噴射系統(tǒng)pid控制1. 計(jì)量噴射系統(tǒng)pid控制采用2級(jí)pid串級(jí)調(diào)節(jié)：nox濃度與氨水流量pid調(diào)節(jié)（外環(huán)：nox濃度環(huán)）；輸出的氨水流量與氨水調(diào)節(jié)閥pid調(diào)節(jié)（內(nèi)環(huán)：氨水流量環(huán)）。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少氨逃逸量，對(duì)外環(huán)輸出的氨水流量值和內(nèi)環(huán)輸出的閥門開

8、度值進(jìn)行限幅。以鍋爐負(fù)荷、o2含量作為前饋，用以消除程序控制的延時(shí)。計(jì)量噴射系統(tǒng)氨水和稀釋水溶液總用量（混合液總量設(shè)定值）為定值，稀釋水流量計(jì)算值=混合液總量設(shè)定值-氨水流量。稀釋水流量與稀釋水調(diào)節(jié)閥pid調(diào)節(jié)達(dá)到稀釋水流量計(jì)算值。3. nox濃度折算公式煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（cems）測(cè)量的nox濃度為no濃度（cems內(nèi)置no2/no轉(zhuǎn)換器），需換算成標(biāo)氧（6%含氧）狀態(tài)下no2濃度。nox的換算公式如下：nox標(biāo)氧= no測(cè)*（46/30）*（21%- o2標(biāo)氧）/（21%- o2實(shí)氧）nox標(biāo)氧：6%標(biāo)氧下的no2濃度，單位為mg/nm3；no測(cè)：no測(cè)量值，單位為mg/m3； o實(shí)氧：氧含量測(cè)量值，百分比數(shù)；o2標(biāo)氧：標(biāo)準(zhǔn)氧含量，為6%；no分子量：30；no2分子量：46。4. 結(jié)論目前該項(xiàng)目運(yùn)行期間鍋爐sncr出口nox濃度維持在100mg/nm3（干態(tài)，6%氧氣）以下，nh3逃逸量控制在5mg/m3以下。脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，工藝參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。綜上所述，采用plc控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的循環(huán)流化床鍋爐sncr脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、配置簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高，適合sncr脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1燃煤鍋爐sncr脫硝工藝關(guān)鍵技術(shù)，董陳、趙樹春等，熱力發(fā)電；2循環(huán)流化床鍋爐sncr脫硝技術(shù)研究現(xiàn)狀， 趙凱、康利生等節(jié)能技術(shù)；3基于plc的閉環(huán)控制系統(tǒng)pi