传统SCR系统喷氨控制策略及比较

当前燃煤电厂SCR系统的主要喷氨控制策略有三种方法：固定氨氮摩尔比控制方法、固定出口NOx 浓度控制方法以及复合控制方法。

一、固定摩尔比控制策略

固定摩尔比控制方式是一种经典控制方式，它主要是根据设定系统脱硝能力的一种控制方式，其中的氨氮摩尔比是由SCR 系统的设计脱硝效率作为定值设定在控制算法中，其控制逻辑图如图1所示，先根据锅炉负荷计算出当前的烟气流量，之后将测得的入口NOx浓度与其相乘作为NOx 的流量值，然后将其与设定的氨氮摩尔比相乘计算出所需的氨气量，将这个值与实测的氨气流量一起输入到 PID 控制器中进行计算，计算后给出阀门调整信号来控制SCR 中氨气流量调整阀门，进而实现氨气量的自动调节，一般还会加入对烟气流量信号的前馈环节对喷氨量进行一定的超前调整。

这种控制方式优点在于比较简单、易实现，直接将氨氮摩尔比作为单回路控制系统设定值，在投用时可以根据实际情况对氨氮摩尔比进行调节，PID 参数整定也比较容易，但是其缺点也十分明显，由于只考虑了脱硝效率，没有对出口 NOx 浓度进行测量，其本质上是一个开环系统，在系统出现未知扰动时其稳定性难以保证，而且在实际运行过程中，入口 NOx 变化剧烈，要保证脱硝效率就需要根据入口 NOx 浓度变化进行喷氨量调整，但是由于反应时间以及副反应的问题，脱硝效率显然低于氨氮摩尔比对应的值，因此为了保证脱硝效率就必须喷入过量氨气，一方面造成氨逃逸超标，另一方面也会增加系统运行成本。因此这种控制方式在实际的电厂喷氨控制策略中应用较少。

二、固定出口 NOx 浓度控制策略

固定出口NOx浓度的策略是将出口NOx浓度设为定值，其控制方式是将实测的出口NOx浓度和设定值一起输入到PID控制器中，根据实测值与设定值的偏差对SCR系统中的喷氨调节阀门进行控制，其主要目的在于将出口NOx浓度限定在一个范围，其控制逻辑如图2 所示。

这种控制方式也是一种简单的单回路控制系统，其PID参数整定也比较简便，相比于固定摩尔比其脱硝效率更容易掌握和监控，但是这种控制方式也有很大的不足，由于只考虑了出口NOx的浓度变化，当入口NOx浓度过高时，有可能会超出SCR系统的脱硝能力，进而使得喷氨量突然大幅增加，也会造成氨逃逸等问题。

三、复合控制策略

复合控制策略是对固定摩尔比和固定出口 NOx 浓度两种控制策略的一种结合改进方案，其氨氮摩尔比不再是一个定值，而是根据入口 NOx 和给定的出口 NOx 浓度值计算而得，其控制逻辑如图 3 所示。

      根据上图可以看到，其控制逻辑主要包含两个控制回路，一个是用于计算氨氮摩尔比，通过入口 NOx 浓度值与出口 NOx 的设定值计算出反应器脱硝效率，进而计算出不同脱硝效率下的氨氮摩尔比，进而得到预置摩尔比，同时将出口 NOx 的实测值与设定值输入到 PID 控制器中，求得的输出对预置摩尔比进行修正得到系统当前所需的摩尔比，另一个回路是用于计算喷氨量，将烟气流量与上一个回路计算出的摩尔比进行乘积，得到所需的喷氨量，同时增加了负荷的前馈，用于对喷氨量进行修正得到喷氨量的理论计算值，与喷氨量的实测值同时输入到另一个 PID 控制器中对喷氨阀门进行调节。

这种控制策略兼顾了之前两种控制方案的优点，同时一定程度上减少了喷氨过量的问题，是现在电厂SCR系统主要的喷氨控制策略。但是由于以上控制方案中都需要烟气量参数，但是实际的烟气流量测量准确率难以保证，一般都是根据煤种参数以及锅炉空气参数计算而来，对于进出口NOx浓度，一般来源于CEMS（烟气排放连续监测系统）测量，然而该测量受到技术的限制，存在较大的滞后性，对于以上三种系统，其主要的控制算法都为PID算法，虽然有增加负荷的前馈，对变工况波动进行了一定程度的补偿，减少了滞后性，但是由于SCR系统滞后时间与多种因素相关，并不是一个定值，在波动过大的时候即使增加前馈环节仍无法取得较好效果，同时前馈环节也会使得系统不稳定，容易出现超调现象。