摘要：为提高菏泽公司尿素制氨设备的可靠性，结合现场实际，针对尿素站供氨自动调节不佳、各机组所需供氨量不定期波动，从而造成主机NOx调节压力大，环保排放不达标的现象，从基础环节包括进料、进汽逻辑控制，现场信号包括溶解罐液位信号、供氨压力等方面着手，对新型工艺进行可靠性研究。
关键词：溶解罐出力不平衡,均衡自动控制,准确性
0 引言
秉承环保理念，燃煤电厂将降低氮氧化物的排放标准作为新型目标。原脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素，液氨是危化品，近年来，尿素水解制氨作为一种安全稳定工艺系统，替代原有氨气来源，广泛应用于各电厂脱硝系统。为确保安全及环保，国家能源集团菏泽发电有限公司2023年对脱硝氨区进行改尿素水解技术改造。
尿素原料由汽车运输，在溶解罐内，溶于水配制成尿素水溶液，通过泵输送到水解器反应器，在蒸汽、电加热到一定条件下，产生所需的氨气。菏泽公司六台机组共用一套氨制备尿素水解系统，中间无缓冲环节，多台机组并联运行，尿素站将该工艺生产出氨气、二氧化碳和蒸汽的气态混合物，送入各机组SCR区并与烟气混合以去除氮氧化物。
水解具有一定的滞后性，每台机组NO,的控制又相对独立，尤其在机组调峰的过程中，负荷变化大，脱硝入口和出口NO,波动大，机组供氨量不稳定，造成供氨母管压力波动，对其它机组NO,的控制又造成扰动，如果多台机组同时参与调峰，NO,的调节相互耦合，造成系统振荡，严重影响多台机组环保指标的稳定。
由于缺乏尿素制氨运行经验，在实际运行中，经常出现三个溶解罐一个出力到最大，另一个出力到最小，甚至不出力，造成氨溶液浓度与要求偏差大，严重地影响的锅炉脱硝运行。
1尿素水解器简介
尿素水解器为尿素溶液水解生产氨气的设备，正常运行期间单台水解器可供5、6#机组同时使用或1、3#机组同时使用或2、4#机组同时使用。
运行人员监视的相关参数有:温度计T1，水解器压力变送器P，水解器液位计L，尿素溶液调节阀A1，疏水换热器，蒸汽调节阀A2，水解气出口调节阀A3，蒸汽换热器，水解气出口温度计T2，水解气出口流量计F，蒸汽疏水阀和水解系统控制模块，水解器设有7个接口[3]。
2问题分析
2024年1月份，由于各种原因造成水解器出力多达13次之多，严重地影响了尿素制氨的安全稳定运行。对氨站退运后的缺陷单进行统计分析，影响尿素站控制系统稳定性的具体原因为:控制逻辑不完善、现场设备故障、、运行操作熟悉度不高等，其中，控制逻辑不完善和阀门特性不良占主要问题的80%，解决此类问题刻不容缓。
2.1尿素进料调节阀出力不平衡
三台水解器的的进料全部来自同一母管，当其中的一个水解器进料调节阀开度变化时，供尿素溶液的母管压力会发生变化，由于压头发生变化，进而影响另外的水解器进料流量。经常出现一个进料阀开度大幅波动，进而造成液位维持不住。
2.2尿素进汽调节阀出力不平衡
三台水解器的的进汽调节阀调节的蒸汽来自6台大机的冷再供汽，供汽流量只能由运行人员手动控制，无自动调节功能。在尿素站安装了蒸汽压力调节门，由于设计原因，无法投入自动控制。当尿素站的某台水解器的进汽调节门开大时，整个供汽母管压力随之发生变化，进而影响另外的水解器进汽流量，由于仪表测量存在误差，即使水解器内部压力的设定值一样，仍然会造成进汽调门开度大幅变化，#2进汽调节阀开度多达80%，而#3进汽调节阀开度在50%。
2.3尿素产品气调节阀出力不平衡
三台水解器的产品气调节阀共同调节供氨母管上的压力，三台产品气去同一母管，但每一台水解器使用各自的出口压力变送器测量的压力做为本水解器的被调量，由于仪表测量存在误差，即使水解器内部压力的设定值一样，仍然会造成某个调门开度到变大，另外一个进汽调门开度变小，至于无法投入到自动运行模式，如图 1 所示。
3优化策略
通过上述分析，决定对水解器进料调节阀、产品气调节阀、进汽调节阀的控制逻辑进行优化，保留原来的逻辑设计不变，针对各调节阀出力不平衡的问题优化三台水解器同类调节阀的控制策略，原因是三台水解器尿素制氨过程中处理平行位置，而三台进料调节阀的被调量来自同一源头，给料泵出口母管；三台水解器的产品气调节阀输出则到同一母管，即去各机组的供氨母管；三台水解器的进汽调节阀的调节被调节量来自相同的源头。为此对水解器的调节阀控制策略进行了优化，限制开度大的调节门进一步开大，限制开度小的调门进一步关小，使参与同时工作的调节阀趋于一致[4]。
4主要优化方案实施
在自动模式下，取三台水解器相同功能的调节阀的开度的平均值为基准。以进蒸汽出口调节阀为例，取三台水解器蒸汽出口开度的平均值，如某台水解器的调节阀开度超过平均值的5%，则限制此调节阀继续开动作，如某台水解器的调节阀开度小于平均值的5%，则限制此调节阀继续关动作，使该调节门始终保持在平均值上下5%的范围内。三台水解器的同类型的调节阀都是如此。增加如下控制逻辑，首先计算出参与自动调节的调节阀的平均值，作为三台水解器调节阀开度的基准，在此基准上下一定的范围内进行调节。
4.1增加计算调阀平均值的控制逻辑（图2）
4.2增加调门指令上下限的控制逻辑
在逻辑组态的手操器自动输出增加上下限功能，为防止PID的积分饱和，同样增加PID的输出上下限值，限值与手操器的自动状态下输出限值一致。同时，为保证异常情况的调门的正常开启，手操器手动输出不加限值，仍然为0%～100%。
4.3增加水解器虚假水位判断逻辑
及时提醒运行人员及早干预，把水位控制在正常运行要求水位。增加水解器虚假水位判断控制逻辑。通过判断水位上升的速度。当水位上升达到设定的速度时，及时发出报警信号，同时退出进料调节阀的自动控制功能[5]。
5优化效果
进料调节阀经过增加优化控制逻辑后，三台水解器的蒸汽入口与出口以及进料阀调门的开度趋于平衡，如图3所示。
6结语
通过改进三台水解器相关调节阀的控制逻辑，增加虚假水位的判断，对现场压力开关、流量开关进行准确度校验，加装防结晶措施，消除影响自动控制系统准确性的因素，完善控制逻辑。通过提高控制系统动态调节品质，尿素站三台水解器的安全稳定运行水平得到较大提高，为六台机组的稳定供氨奠定了坚实的基础。本文自动闭锁控制逻辑成功用于水解器调节阀的控制，为提高其他系统使用共同资源并列运行的控制设备的调节动态品质，提供了良好的借鉴和努力方向。
原液氨储存量按2台氨储罐满储存计，属于三级重大危险源，对电厂工作人员与机组安全稳定运行造成威胁。采用尿素制氨消除该重大危险源，精准的自动调节，不但保证了电厂工作人员人身安全及发电生产安全稳定，而且取得了巨大的企业效益和重大的社会效益。
参考文献
[1]孔奎明、时海刚.热工自动化[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2]杜成章，刘诚.尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用[J].华北电力技术，2010（6）：39-41.
[3]田柳青.氨选择性还原脱除氮氧化物工业催化剂研究[D].广东：华南理工大学，2002.
[4]张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2007.
[5]潘笑.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，2011.
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