系统控制的研究有很重要的工程意义和现实意义。
1.2 国内外研究现状
目前氮氧化物的控制技术主要分为两种，一种是在燃烧过程中控制NOx的产生，主要有低氮燃烧技术、循环流化床洁净燃烧技术（CFBC）、整体煤气化联合循环（IGCC）、洁净煤发电技术等。另一种是烟气脱硝技术，使NOx在形成后被净化，主要有选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）、SCR/SNCR联合技术等成熟技术[2]。本课题主要研究烟气脱硝技术。
SCR工艺是目前大规模投入商业应用并能满足最严厉的环保排放要求的脱硝工艺，NOx脱除率能够达到90％以上[3]。具有无副产物、不形成二次污染, 装置结构简单, 运行可靠, 便于维护等优点，因而得到了广泛应用。SCR脱硝系统最早在20世纪70年代晚期日本的工业锅炉机组和电站机组中得到应用，在欧洲和美国，SCR脱硝系统也得到了十分广泛的应用。我国SCR技术研究开始于上世纪90年代。早在1995年台湾台中电厂5～8号4x550MW机组就安装了SCR脱硝装置，大陆第一台脱硝装置是福建后石电厂的1～6号6x600MWSCR脱硝装置，自1999年起陆续投运。典型的燃煤电厂SCR烟气脱硝系统采用氨（NH3）作为还原介质，主要由供氨与喷氨系统、催化剂（反应塔）、烟气管道与控制系统等组成[4]。在催化剂及氧气存在的条件下，NOx与还原剂发生反应，被分解成无害的氮气和水。其基本的反应方程式为：
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可以作为还原剂的有NH3，CO，H2，还有甲烷、乙烯和丙烷等。目前以NH3作为还原剂对NOx的脱除效率是最高的[5]。为了保证SCR烟气脱硝系统的正常运行以及化学反应的正常进行，主要调节任务有：
（1）使液氨蒸发器内水温保持恒定。液氨属于易燃易爆物品，通常以加压液化的方式储存，液氨转变为气态时会膨胀850倍。液氨蒸发器的结构为螺旋管式，管内为液氨，管外为温水浴，以过热蒸汽直接喷入温水中，再以温水将液氨气化。为了保证氨蒸发器的正常运行，防止液氨泄漏，满足氨气量的需求，通常要使液氨蒸发器内水温恒定，即40℃。
（2）使氨气缓冲罐氨气压力保持恒定。氨气缓冲罐的作用是对氨气进行缓冲，正常运行时保证按期有一个稳定的压力。氨气缓冲罐的结构比较简单，主要有按期的进出口、安全阀、排污阀等。为保证氨气缓冲罐正常运行，起到缓冲作用，通常通过控制液氨蒸发器进口调节阀，控制液氨蒸发流量，使按期缓冲罐氨气压力保持在0.2MPa。 （3）使NH3/NOx摩尔比恒定，保证机组脱硝效率。由选择性催化还原烟气脱硝的化学反应方程式可知，若NH3投入量超过需求量，则NH3氧化等副反应的反应速率将增大，从而降低NOx的脱除效率，同时也增加了净化烟气中未转化NH3的排放浓度，造成二次污染；若NH3投入量小于需求量，则会导致NH3脱除效率降低，达不到机
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组烟气脱硝的目的。因此为保证机组烟气脱硝效率，应使NH3/NOx摩尔比恒定，一般控制在1.2以下[6]。
SCR控制系统的启停由喷入的氨来控制,即依据固定的NH3/NOx摩尔比来确定所需的氨气流量。进口NOx浓度和烟气流量的乘积产生NOx 流量信号,此信号乘以NH3 /NOx 摩尔比就是基本氨气流量信号，SCR控制系统根据计算出的氨气流量需求信号去定位氨气流控制阀,实现对脱硝的自动控制[7] 。脱硝系统虽然是环保装置，但是与机组运行有密切的关系，从目前已投产的配套脱硝装置电厂的情况看，脱硝装置的控制基本上均纳入机组的DCS控制系统中。根据对10多家硝装置的统计，机组部分的IO点数大概在200～770点之间，公用系统的IO点数在130～330点之间，虽然不同工艺厂家系统的IO点数有差异，但是基本上都能满足脱硝系统的控制要求。针对SCR烟气脱硝领域的难点之一——NOx与NH3的混合，江苏苏源环保工程股份有限公司提出了“主动利用不均”的理念，在该理念的指导下开发了专利技术“喷氨格栅”，其功能是：在实际工况下，针对NOx的不均匀特性，有计划、有步骤地控制不同区域的喷氨量，实现不同区域不同的NOx/NH3配比。对于SCR脱硝技术，文献[8][9][10]中都有介绍，文献[11]则举了大唐阳城电厂的实例来介绍SCR脱硝技术在电厂的应用。另外，文献[12]中提到了SO3在SCR反应器中的生成及其危害，需要采取一定的措施脱除烟气中的SO3。 SNCR技术是已投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术，其建设周期短、投资少、脱硝效率中等，比较适合于中小型电厂改造项目。
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20世纪70年代，SNCR技术首先在日本投入商业应用，目前全世界大约有300套SNCR装置，其中30个为电站锅炉，容量约为7100MW。由于SNCR法脱硝率只有30％～50％，一般采用低NOx燃烧技术/SNCR或SNCR/SCR联合使用[13]。
SNCR/SCR混合技术在20世纪90年代后期研发成功，与SNCR和SCR工艺相比而言，这种混合技术特点主要是：系统脱硝效率相对较高；设备相对简单，建设周期短，占地面积小；催化剂用量较少，系统压损小等[14]。
对于脱硝系统的控制，文献[15]提出了一个指数ARMAX(ExpARMAX)模型，仿真研究表明，此模型可以在一个大的经营范围内提供令人满意的脱硝进程的建模精度。其控制算法能显著提高系统的控制性能。文献[16]对一个60万千瓦的火电厂热力系统进行了模拟和优化，主要研究了氨的流场及分布对原设计的改善。文献[17]重点介绍了烟气循环流化床（CFB）系统，使用新型吸附剂同时脱硝脱硫。
1.3 主要研究内容
本毕业设计的主要内容是深入探讨并分析电站脱硝系统及其控制技术。在熟悉了解电站脱硝系统的工艺流程及结构组成的基础上，总结电站脱硝系统的特点及控制难点，侧重分析电站脱硝系统的主要控制策略、控制系统组成。预期目标为了解电站脱硝系统的工艺流程及组成结构，熟悉电站脱硝系统的主要设备特性及控制难点，掌握文献检索方法，在查阅大量文献资料的基础上，分析电站脱硝系统的主要
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