冶金动力
METALLURGICAL POWER
2019年第8期总第234期
fatigue火电厂尿素热解炉温度控制与优化
李俊德，黄志伟
jro
（马鞍山钢铁股份有限公司热电总厂，安徽马鞍山243000）
【摘要】尿素热解过程是复杂的物理化学过程，温度是影响尿素热解效率的主要原因。影响热解炉出
口温度的因素有很多，比如稀释风机出口温度、稀释风机出口流量、尿素溶液流量、尿素溶液温度，电加热器功率等。为了保证尿素热解炉安全高效运行，必须对热解炉出口温度进行严格控制。主要通过分析各类干扰因素，优化逻辑组态，整定PI 参数，在阶跃干扰下，其过渡时间更短，波动范围更小。
【关键词】火电厂；脱硝；尿素热解；温度控制【中图分类号】TM621
【文献标识码】B
【文章编号】1006-6764(2019)08-0053-03
【开放科学（资源服务）标识码（OSID ）】
Temperature Control and Optimization of Urea Pyrolysis
Furnace of Thermal Power Plant
LI Junde,HUANG Zhiwei
(Thermal Power Plant of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)
【Abstract 】Urea pyrolysis process is a complicated physical-chemical process,with
temperature as the main impact on the efficiency of urea pyrolysis.There are various factors affecting the exit temperature of pyrolysis furnace,such as diluted fan exit temperature,dilut-ed fan exit flowrate,urea solution flowrate,urea solution temperature and the capacity of electric heater.To ensure safe and high-efficiency operation of urea pyrolysis furnace,the exit temperature of the furnace must be strictly controlled.Mainly through analysis of various disturbance factors,optimization of logic configuration,tting PI parameters,the transit time becomes shorter and fluctuation range becomes smaller under step disturbance.丹佛大学
货代英语【Keywords 】thermal power plant;denitrification;urea pyrolysis;temperature control
引言
目前，我国火电厂烟气脱硝技术取得很大进展，其中SCR 选择性催化还原技术更是得到了市场的广泛应用。尿素热解炉是烟气脱硝系统中的主要运行设备，尿素热解的优势在于其系统运行的安全性和稳定性，它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱硝效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护。选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH 3优先和NOx 发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应，其主要反应式为：
4NO+4NH 3+O 2→4N 2+6H 2O
（1）2NO 2+4NH 3+O 2→3N 2+6H 2O
（2）
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在SCR 脱硝工艺中，主要分两部分，一是尿素溶液制备区，二是脱硝反应器及热解喷射系统。在尿素制备区将尿素输送到含有除盐水的溶解罐，持续供应50%浓度尿素溶液，尿素溶液经输送泵输送到尿素溶液储罐，通过计量分配装置和雾化喷枪喷射进热解炉制备氨气。锅炉空预器出口的二次风，由稀释风机增压，通过电加热器加热，进入热解炉热解尿素溶液，形成含有高温氨气的混合烟气，经喷氨
格栅，均匀喷入锅炉尾部烟道的SCR 催化剂区，在催化剂的作用下NH 3和NOx 发生还原脱除反应，生成氮气和水，达到脱硝效果。
1基本要求
尿素热解过程是个非常复杂的物理化学过程，
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无忧工作2019年第8期总第234期
温度是影响尿素热解效率的主要原因。如何把热解炉出口温度控制在规定的范围内，避免温度大幅度波动，这是维持尿素热解炉稳定运行的关键。在调试过程中，我们遇到的难题可以分两个层面。laborday
(1)热解炉出口温度不能满足基本要求（空载时，如果出口温度低于设计低限值，将无法投用喷枪）。
（2）热解炉出口温度不能满足自动调节的要求（负荷波动引起温度波动，易低于设计低限值，引发
设备跳停）。
影响热解炉出口温度的因素有很多，比如稀释风机出口温度、稀释风机出口流量、尿素溶液流量、尿素溶液温度，电加热器功率，压缩空气量等。其中，稀释风机出口温度，尿素溶液温度以及压缩空气量，均取决于外界系统的运行状态，可假定其属性满足系统要求且没有大幅波动，此次温度控制分析，不予考虑。电加热器功率变频器，是热解炉出口温度控制的操作量。通过电加热的功率调节，可以快速控制热解炉出口温度。稀释风机出口流量，取决于风机功率以及出口调节阀开度，出口流量必须要满足热解系统的基本要求，是电加热器工作的前提条件。尿素溶液流量，取决于脱硝系统需要的制氨量，是热解炉出口温度控制的最大干扰量。
由此分析，上文中提及的热解炉出口温度不能满足基本要求，主要是稀释风机出口流量和电加热器功率问题（空载时，无需考虑尿素溶液流量）。热解炉升温过程中，电加热器正常加大负荷，加热线圈容易超过设备保护温度限值，而引发设备跳闸，导致系统无法投用。最终发现是稀释风机出口流
量低于额定流量所导致的。通过进行稀释风机改造后，提高了稀释风机的实际功率，热解炉出口温度能满足基本要求。
2自动调节
热解炉正常升温，达到设计最低限值后，可以
投用喷枪。喷枪尿素溶液流量，依据脱硝系统氨气需求量而快速波动，进而导致热解炉出口温度不平稳，及其容易超出工艺要求范围。因此，在温度自动调节投用前，我们需要优化组态逻辑，整定PI 参数。
为了提高控制品质，我们采用典型的串级控制模型。在电加热器功率与热解炉出口温度之间，引入一个中间控制变量——电加热器介质温度。当尿素溶液流量变化（干扰），引起热解炉出口温度波动时，控制系统自动调节电加热器功率（操作量）。电加热器功率变化后，最先响应的是电加热器介质温度（中间控制变量），而后才是我们的控制对象——热解炉出口温度。因此，在串级控制系统中，引入介质温度作为中间控制变量，能迅速克服进入副回路的干扰，缩短响应时间，提高系统的控制精度。
图1是电加热器逻辑组态图，MANS 为电加热器变频手操模块，PID1为副调节器，PID2为主调节器。从上图大致可以看出，现场热解炉出口温度3个点，
三取二优选后，进入主调节器作为控制对象，给定值为360℃。主调节器的输出，给副调节器作为给定值，副调节器的控制对象是电加热器介质温度，也就是我们引进的中间控制变量，同样也是三取二优选。
图1电加热器逻辑组态
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最后，副调节器的输出，作为电加热器的变频指令，控制电加热器的功率输出，维持出口温度360℃。
3调试
kiro观测温度控制各参数的变化趋势，调整PI 参
数，使控制特性能够满足尿素热解系统的基本需求。图2为截取的一段温度控制趋势图。
注：红色：电加热器功率（副调输出）。黄色：实际介质温度（中间参数）。紫色：计算介质温度（主调输出）。黑色：炉尾温度（被控参数）。绿色：尿素溶
液流量（干扰）。
尿素溶液流量调整期（前半段曲线），热解负荷偏高，电加热器维持上限80%的功率运行，缓慢拉升炉尾温度。随后根据氨气需求变化，尿素流量骤减，最先反应的是炉尾温度（黑色），快速上升，并高于设定值360℃。所以，主调节器输出变小（紫色），打破了之前的平衡稳定（紫黄重合段），低于实际介质温度（黄色），副调节器输出（功率指令）相应减小。随后，实介质温度作同趋势变化（黄线滞后于红线）。
图2温度控制趋势图
黄线与紫线每次交叉点，都是电加热器功率变化的转折点。重合表示恒功率运行。另外，不允许电加热器长时间高负荷运行，防止电加热器本体超温跳闸。故设定高限80%。触发高限值后，逻辑组态设定主调输出（计算介质温度）的高限值，为当前值。即电加热器功率到高限后，实际介质温度依然接近计算介质温度，黄线紫线重合。
经过两个调整周期后，系统达到平衡状态，热解炉出口温度在358~362℃之间等幅振荡，符合控制品质要求。
4结论
尿素热解过程极为复杂，我们采用的串级控制，能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力。由于副回路等效被控对象的时间常数比副对象的时间常数小很多，因而由于副回路的引入而使对象的动态特性有了很大的改善，有利于提高系统克服干扰的能力。最后，在阶跃干扰下，热解炉出口温度的自动调节，过渡时间更短，波动范围更小，满足工艺要求。
四级评分标准细则
收稿日期：2019-03-12
作者简介：
李俊德（1972-），男，助理工程师，大学本科学历，现从事电厂技术质量管理工作。
（上接第52页）北京：北京航空航天大学出版社，2012
[2]盛兆顺、尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2009
[3]杨国安．转子动平衡实用技术[M].北京：中国石油出版社，2012
收稿日期:2019-04-29
作者简介：
程英辉（1978-），女，机械工程师，2006年毕业于河北理工大学机械工程学院机械设计及动力专业，硕士研究生，现从事旋转设备故障诊断及现场动平衡研究工作。
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