基于脱硝系统精细化控制整体思路，本文建议利用温场测量装置构建二次元温场，在此基础上优化PID控制策略，利用温场与NOx生成量的耦合关系，使脱硝控制系统能够适应锅炉大负荷波动带来的影响。

1引言

十二五期间，根据产业规划，我国采用的技术路线大力推广低NOx燃烧器技术，积极开发和示范空气分段供应燃烧和超细煤粉再燃技术，推进各种烟雾脱硝技术(SCR、SNCR、SNCR/SCR)国产化。预计到2021年，中国将安装约1.5亿kW的SCR脱硝装置，因此消化、吸收、研究和创新SCR脱硝技术在中国具有重要的现实意义。

随着中国环境保护法律、法规和标准的加大，采用SCR法脱硝的火力发电厂在确保烟气排放符合标准的同时，提高脱硝系统运行的可靠性、连续性和经济性，在保证脱硝效率的同时，如何应对单元的大负荷变动

2影响SCR脱硝效率的因素

2.1微观因素

在既定反应条件下，脱硝反应速度与催化剂微孔的面积和烟气中反应物浓度成正比，与表面化学反应阻力、外传质阻力和内传质阻力成正比。因此，增加微孔横截面积和反应物浓度，减少反应中各种阻力有助于脱硝反应的进行，提高脱硝效率。

改变氨气浓度，通过增加催化剂孔内表面积的方法减少化学反应阻力，改变烟气流动状态，提高烟气温度，减少层流膜厚度，减少外传阻力，通过减少催化剂外表面与孔内表面积的平均距离，增加催化剂孔内表面积和孔的平均截面积

2.2宏观因素

2.2.1烟气温度的影响

当催化剂在烟气温度280℃-400℃之间时，烟气温度越高，脱硝效率越高，但超过400℃后，脱硝效率随着温度的提高而开始下降。因此，为了降低烟气温度对脱硝效率的影响，必须尽量保持锅炉状况稳定，或者采用带旁路的省煤器调整脱硝入口烟气温度。

2.2氨氮比的影响

氨氮比=1.0可达到95%以上的NO去除率，NH3的去除浓度可维持在5×10-6以上。在实际生产中，多于理论量的氨被喷入系统，反应器后烟气下游氨超过标准，氨逃离是影响SCR系统安全稳定运行的另一个重要参数，燃煤单元一般将NH3的排出控制在2×10-6以下，减少后续装置的堵塞。

2.2.3合理控制氨喷射量

氨喷射量与烟中的NOx含量对应后，可保证NOx反应过程中的脱硝效率、氨的逃跑率和催化剂寿命。锅炉负荷变化过程中，氨气流量与NOx浓度对应时，可有效避免过度喷射氨造成的不良后果。

综上所述，SCR系统的优化可以从两个方面着手，一个是为了恢复反应创造最佳条件，通过改善设备结构，提供适当的温度场、反应时间，另一个是在满足脱硝出口合格的前提下，优化脱硝控制，充分发挥温度场与NOx生成物的耦合关系

3脱硝系统的运行现状分析

总结了国内脱硝系统的运行状况，氨气流量的控制一般采用固定摩尔比控制方式和固定出口NOx浓度控制方式，这两种控制方式各有控制优势，但由于负荷变动、设备运行状况的因素变化，各喷射点后的氨浓度与烟浓度不一致，喷射量增加，局部氨过大，威胁烟气下游设备的安全运行在一般的SCR自动控制中，以SCR出、入口NOx浓度作为烟气自动调节的参考参数，但CEMS数据采集具有一定的误差和滞后性，并且由于SCR反应器内烟气流速不均匀，CEMS采样不一定具有代表性，以上因素对SCR单闭环自动调节反映慢、调节失稳等影响。

4基于温场脱硝控制优化思路

4.1温场建立

AGAM型声波法炉膛温场测量系统是一种先进的工业在线二维温场全工况实时监测设备，该设备是德国Bonnenberg+Drescher公司多年的科技研究成果，在各种工况下对锅炉、焚烧炉和各种加热炉内高温燃烧气体温度的实时连续全自动测量。

声波法气温测量技术通过测量锅炉内距已知的一对声波收发装置之间声波脉冲的飞行时间，计算该通道气体的平均温度。声测温系统可以使用一定数量的收发器形成测量网格，测量炉内水平面的温度分布状况。

可通过通道网格测量数据计算获得平面二维温度分布，通过分析图像算法获得等温图。通道温度、定制区域温度值(网格分区均值)、转换数值(最低、最高温度、标准偏差、各区间均值温差)可显示在外部控制设备上，用于锅炉诊断和操作优化。

声测管技术是唯一一种不受辐射影响、不漂移的高温炉膛内测温技术。在燃烧性能控制方面首次应用于1993年慕尼黑。在燃煤锅炉中，AGAM系统用于调整炉内温度场的平衡。采用此温度场测量和平衡调整的主要好处在于可以提高锅炉的可用性(减少结渣和腐蚀)，并获得更高的生产效率。

声学系统的主要优点是声学温度信号的反应速度非常快。在4秒内更新二维温度场分析测量结果，温度测量的反应时间比其他传统的控制信号快半分钟到几分钟。因此，根据锅炉类型的不同，与蒸汽量和O2浓度相比，用声学方法测量炉内温度时，温度信号可以更快地传输到DCS，进行基于声波测温技术原理的各种燃烧过程的优化控制。

4.2控制策略

4.2.1带有前馈电路的分区串级控制系统

以烟囱入口的NOx浓度测量值为调节目标，根据现场试验结果，脱硝被控对象(NH3流量烟囱入口的NOx浓度)的应答纯延迟时间接近3分钟，整个应答过程达到十几分钟，是典型的大滞后被控对象，这种方式的控制难度明显增加。

为了进一步实现喷氨量的优化控制，优化控制可以与温度场测量技术相结合，根据大滞后对象的设计构想进行优化，有效地提前调节过程，获得更好的控制质量。带有前馈电路的串级控制系统可以达到一般控制出口合格的控制目标，但为了实现更好的控制喷射量，使控制目标与环境评价目标一致，基于温度场的数据，通过工艺数据与NOx生成量的耦合关系，建立起动态模型，适应控制过程中存在的大滞后问题

根据温场模型预测未来NOx的产量，根据实测NOx数据，不断修正，在当前时刻给出最佳控制量。同时，根据锅炉的负荷状况、给煤量、烟气流量作为温度场的核心要素，提高了应对时间的控制。

5经济分析

采用温场脱硝控制技术，可大大提高氨的利用率，降低氨的消耗量，以330MW机组为例，节约氨的消耗量为10%，年节约液氨的消耗量约为25万元。SCR自动控制采用优化控制战略时，可提高SCR的最大脱硝效率，预计催化剂寿命提高7%的同时，由于还原剂的利用率提高，在最佳控制状态下，降低氨的40%，大幅度降低对尾部烟道内设备的威胁

6展望

节能减排已经成为中国经济和政治的中心任务，针对火电机组节能减排的现实需求和锅炉大负荷变化，炉膛温度、烟量变化对脱硝控制的影响。脱硝的控制技术有望与温度场测量进一步完美结合，克服以往脱硝控制中监测手段、负荷变化、数据滞后不良因素的影响，实现最佳喷射量控制，减少SCR出口NOx的排放量和氨的逃脱量，使火力发电厂SCR脱硝控制系统达到新的高度。