火力发电厂脱硝系统设计技术导则（火电厂脱硝系统）

概括：

针对三相全波六态无刷直流电机在特定换向逻辑下的霍尔位置和电机旋转方向问题，提出一种通过右旋螺旋确定各相绕组磁势方向的方法规则，然后确定电机的霍尔位置。通过左手定则和牛顿第三运动定律判断电机旋转方向的简单方法；并通过两台电机的实际工程验证，证实了该方法的正确性和普遍适用性。

介绍

火电厂锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物是主要空气污染物之一，超低排放已成为燃煤机组的硬目标[1-2]。选择性催化还原（SCR）脱硝技术是目前火电厂应用最广泛、最成熟的技术。通过控制氨喷射量来保证NOx排放达标[3-4]。某电厂#1机组锅炉为北京巴布科克威尔科克斯有限公司亚临界参数汽包炉，烟气脱硝装置布置在锅炉省煤器与空气预热器之间，采用选择性催化还原法（SCR法）反硝化过程[5-6]，反硝化还原剂是尿素热解产生氨。超低氮改造以来，由于系统计量滞后、控制回路简单、长期低负荷运行、煤质不稳定、锅炉局部燃烧等原因，造成SCR出口NOx浓度偏差较大、波动较大，脱硝自动调节效果差，无法正常运行，氨逸出超标，空气预热器低温段蓄热元件堵塞。

在原DCS系统逻辑配置的前提下，针对上述问题，重新设计了控制方案，采用智能前馈、模糊控制、小时均值修正等先进控制思想来控制尿素喷洒量，优化了反硝化控制系统的稳定性和稳定性。经济形势明显好转。

优化前端控制方案

某电厂#1机组优化前的机组控制方案如图1所示。

优化前机组SCR控制方案存在以下问题：

(1)控制方案为单环控制：控制系统鲁棒性和稳定性较差。

(2) 采用两侧出口NOx 平均浓度作为调整变量：一方面，两侧出口NOx 浓度与净烟气中NOx 浓度的趋势对应关系较好，但数值对应关系不稳定，不能用于净烟气控制。 NOx浓度稳定调节量往往会导致净烟气NOx浓度过低或过高。另一方面，采用两侧出口平均NOx浓度作为调节量也是造成两侧出口NOx浓度偏差较大的主要原因。原因。

(3)入口NOx浓度前馈：不同煤质、不同工况下，入口前馈系数偏差较大，回路设计不准确，甚至会对控制造成不利影响。

(4)PID参数极弱，主要依靠正向超控控制来增加喷氨量：具体表现为操作干预能力差，阀门指令呈阶跃变化，出口NOx浓度波动较大，一旦+5命令仍然是出口NOx浓度无法降低，只能切换为手动控制；自动控制长期过喷只能切换为手动控制。

综合分析表明，优化前喷氨自动输入不稳定，NOx浓度控制调节速度慢，存在长期静态差，控制质量差，两侧NOx出口偏差大，长期采用过量喷氨来控制NOx超标排放。导致氨逸出超标。特别是在自启动、停车和变负荷期间，NOx浓度波动较大，无法投入自动控制。

优化控制方案

图2为反硝化优化控制方案。本方案针对机组存在的问题，设计了串级PID控制系统，采用智能前馈、模糊控制、小时均值修正等先进控制思想来控制尿素喷洒量。该技术可以提前预测反硝化入口未来的变化趋势，然后根据未来调节量的变化进行控制，有效提前调节工艺，从而大大提高了闭环稳定性和抗逆流能力。反硝化系统的扰动能力。

控制方案具体如下：

(1)调节量：主PID调节量为净烟气NOx浓度加上单侧NOx浓度设定值偏置。在保证环保要求的前提下，可以平衡和提高反硝化两侧出口NOx浓度。操作人员的干预能力提高了系统的安全性和经济性；二级控制调节氨（尿素）喷洒量。

（2）智能前馈：以脱硝入口NOx浓度为基础，充分考虑煤质、风量、磨机运行状态及特殊工况对脱硝系统的影响，进行变负荷前馈和空煤增加比例前馈、磨煤机前馈、倍率信号等，克服测量延迟，及时调节反应源尿素喷射量，有效降低NOx出口浓度波动，提高系统的稳定性和安全性。

智能前馈的详细信息如下：

1）变负荷前馈：负荷变化时增加动态负荷补偿，减少变负荷引起的NOx波动；

2）空煤比前馈：空煤比对NOx的生成起着至关重要的作用，其反应机理是最先进、直观的。以空煤比作为前馈，可以有效预测脱硝入口NOx浓度的变化趋势。有效克服其测量延迟，提高控制系统的调节质量；

3）磨煤机前馈：用于减少磨煤机启停过程中对NOx浓度的影响；

4）超调信号：当调节量与设定值偏差较大时，快速切换某一阀门开度，可有效减少调节量的超调。

(3)模糊控制：根据调节量及其导数的偏差，动态调节主要PID参数，增强控制系统的快速性、稳定性和鲁棒性，使自动控制在不同工况下都能达到良好的控制效果。

(4)小时平均值修正循环：首先设计小时平均值计算循环，添加历史站点；然后根据机组当前每小时平均NOx的实时值实时修正主PID的调节量。在NOx指标达标的基础上，尽量采用小时平均NOx浓度接近考核标准，提高了机组运行的经济效益。

优化效果

优化的NOx控制曲线

优化调试完成后，装置脱硝自动运行保持在正常运行状态，自动运行率达到95%以上。

与优化前相比，出口两侧NOx浓度明显趋于收敛，变负荷工况波动幅度大幅减小，设定值跟踪效果明显改善，优于《验收》 《火电厂模拟控制系统试验规程》（DL/T 657-2015）《脱硝系统出口NOx值控制系统稳态质量指标：10 mg/m3》要求。图3和图4为脱硝自动优化后的NOx浓度曲线。可见：

（1）机组正常运行负荷下，烟气净NOx浓度为3550mg/m3；

(2)NOx浓度符合设定值良好。机组正常负荷下净烟气NOx浓度波动幅度为