脱硝SCR区热解炉电加热器控制方案优化及应用

脱硝SCR区热解炉电加热器控制方案优化及应用

赵汉成

(大唐淮南田家庵发电厂安徽淮南232007)

摘要：我厂5号机组（320MW）脱硝系统改造后，由于脱硝SCR（选择性催化还原法）区热解炉电加热器频繁故障导致脱销系统无法正常稳定运行，通过分析后对原有控制方案进行了优化、完善，目的是提高脱硝系统运行可靠性，同时也是对本次技术改造成功经验的推广并提供兄弟单位以借鉴。

关键词脱硝SCR；热解炉电加热器；控制方案；优化及应用

一、系统简介：

随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高，依据最新《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》规定要求，我厂分别于2013年及2014年对现有两台机组进行了烟气脱硝系统改造。

二、改造前背景技术及实际应用缺点：

2.1我厂5号炉脱硝SCR区热解炉电加热器共由13组子电加热器组成，其中:第1-4组加热器受可控硅控制，可实现功率的调节（模拟量输入/输出）控制；第5-13组加热器受交流接触器控制，为两位式(开关量输入/输出）控制，不具备功率调节功能。第5-13组加热器中每组功率容量为40kW，每组电流约100A。具体使用过程：

1、在具体操作我厂5号机组DCS脱硝画面3时，会弹出“5号机组SCR区电加热器”画面。点“启动”键，SCR区热解炉加热器投运，此时投运4组可控硅加热器，功率指令为0。

2、在5号机DCS脱硝画面3弹出“5号机组SCR区电加热器功率调节”，设置热解炉出口温度（既定以380℃为例），将5号机组SCR区电加热器功率调节投“自动”，此时热解炉出口温度如未达到设定值380℃，电加热器功率随调节指令发出将自动增加，四组可控硅（可控整流元件）加热器实际功率也随之提高，直至指令增加到100%，四组加热器全负载运行。若此时热解炉出口温度仍低于设定值，则一次性投运第5-7组加热器（电流突升约300A）；延时60秒后热解炉出口温度仍低于设定值，投运第7-10组加热器；延时60秒后再次对比，若仍低于设定值，一次性投运第11-13组加热器。此时所有加热器全部投运，全功率运行（功率指令100%），且温度低于设定值情况下，第5-13组加热器会在3分钟之内分3次（每次3组）全部投运，电流突升约900A。

3、如热解炉出口温度如超过380℃以上，5号机组SCR区电加热器功率调节自动将指令降到0%，延时60秒后退出第11-13组电加热器（电流突降约300A），此时如热解炉出口温度仍超过380°以上，延时60秒后再退出低8-10组电加热器（电流再降300A），直至全部加热器退出运行。正常运行中所有加热器全部投入到全部退出一个周期约为17分钟,接触器跳合过于频繁，并导致出口温度剧烈波动。

4、如“5号机组SCR区电加热器功率调节”，处“手动”控制，提高热解炉出口温度，在“SCR区电加热器功率调节”上手动增加功率指令至100%，60秒后投3组电加热器，顺推直至投完9组，如热解炉出口温度超过380℃，“手动”降温度，也是将在“SCR区电加热器功率调节”上手动减少指令至0%，60秒后跳3组电加热器，顺推。

原基本设计思想是在热解炉正常工作时，9组接触器控制的电加热器一直投运，4组可控硅参与热解炉温度自动调节控制。改造前的设备运行状态是热解炉温度控制系统投入自动运行后，当在出口温度低于设定值时，功率指令会在短时间内增加到100%，3分钟内分3次投入不具备功率调节功能的9组加热器；在出口温度低于设定值时，功率指令又会在短时间内降至0%，3分钟内退出全部9组加热器运行。由于4组可控硅控制的加热器的总功率远远不能满足稳定热解炉出口温度的需要，导致这4组可控硅加热器功率指令和实发功率不停的在0%~100%之间摆动，造成其他9组接触器频繁的吸合/释放，致使触点拉弧放热多次烧毁接触器，故障率很高。（如图1中黄色曲线）

由于4组可控硅加热器不能满足稳定热解炉出口温度的要求，因此在功率指令为100%时3分钟内分3次投入不具备功率调节功能的9组加热器；功率指令0%时，又在3分钟内退出全部9组加热器运行。接触器频繁的吸合/释放（平均17分钟接触器吸合/施放一次），导致触点拉弧放热多次烧毁接触器，故障率很高。因热解炉是个具有较大热惯性的设备，加之9组接触器式加热器全投入和全退出的工作模式，加热功率扰动巨大，导致热解炉出口温度波动很大（如图1中红色曲线），不易控制，多次发生因热解炉出口超温造成脱硝系统运行中跳闸，严重影响了脱硝系统的运行稳定性，经济性更是无从谈起。

改造前热解炉加热器电流及热解炉出口温度曲线图（图1）

由图1（图中绿色曲线为机组功率曲线,红色线为热解炉出口温度曲线，黄色为热解炉加热器总电流曲线），可以看出在机组功率变化不大的情况下,加热器总电流、热解炉出口温度均呈现剧烈的周期性变化,且两条曲线波动周期相对应，每个波动周期约为17分钟。

三、控制方案优化及投运后使用效果：

3.1具体改进方案：根据分析#5机组热解炉加热特性特点，对热解炉加热器控制方案进行了重新设计，即：由接触器式电加热器（共3组）承接基础热负荷+可控硅式加热器（共10组）负责热负荷调节的控制方式。

具体技术方案如下：

1、就地设备更换：将5号炉脱硝SCR区热解炉加热器中第5~10组加热器接触器拆除，更换为6组可控硅控制器，第11~13组加热器保留，依然由交流接触器控制。

2、控制回路修改：增加2台1进4出电流分配器，送出彼此独立的6路4~20mA控制信号，用于控制改造更换后的第5~10组可控硅装置一一对应；将第5~10组可控硅调节器启动指令调整为跟随加热器启动，即：接收到DCS启动加热器指令信号，即启动。为保护DCS及PLC卡件安全，将加热器功率控制信号送入PLC之前加装安全栅一块。

3、控制逻辑修改：所有可控硅加热器直接接受功率指令控制，全程参与调解。第11~13组接触器在功率指令≥5%时，延时5秒投运，在功率指令≤3%时，延时5秒退出运行,承接基础热负荷。

3.2改造效果：改造后加热器控制由10组可控硅加3组交流接触器控制,具体控制方式如下:

1、DCS系统发脱硝SCR区热解炉电加热器启动指令后，PLC系统发启动指令，使10组可控硅启动。

2、10组可控硅启动后，接受DCS系统4~20mA模拟量指令控制，模拟量指令4~20mA需直接线性对应。

3、加热器投入后，当DCS系统模拟量指令大于5%延时5秒,启动3组交流接触器。当DCS系统模拟量指令小于3%延时5秒或加热器停运后,停3组交流接触器。

在新的控制方式下，因3组接触器式加热器的总功率肯定不能满足稳定热解炉出口温度的需要，故此这3组接触器一直处于吸合状态，避免了接触器频繁吸合/释放导致拉弧烧损设备的现象，提高了设备及系统的可靠性；因接触器始终处于吸合状态，避免了接触器吸合/释放时的大功率热负荷扰动，消除了控制系统的内扰，改善系统调节环境，降低温度控制难度，大大提高热解炉温度控制精度；因可控硅加热器具有功率调节功能，避免了功率大幅度波动，可使加热器总功率稳定在一个适应负荷需求的状态点上，实现设备经济运行，降低运营成本。改造后效果如图2

改造后热解炉加热器电流及热解炉出口温度曲线图（图2）

四、结束语

在脱硝SCR区热解炉电加热器控制领域，许多设备制造厂未能充分领会热解炉电加热温度控制的特点，我厂改造前设计方案中存在的问题在其他兄弟单位普遍存在，所以本次技术改造的成功经验值得全面推广。在推广的过程中，用户单位可依据本单位热解炉的不同特性，做出不同的设计方案，但最终达到相同的改造效果与经济目的。

参考文献：

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[2]徐威.SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究[J].中国电力,2017,50(1):177-180.

[3]王登香.SCR脱硝系统热解炉内结晶脱落堵塞处理措施[J].电力安全技术,2016,18(7):49-51.