SCR煙氣脫硝工藝在遷安熱電公司的應(yīng)用

田金剛 梁秀滿(mǎn)

摘 ?要：文章介紹了遷安熱電公司1×220 MW超高壓、雙抽凝汽式汽輪機(jī)組煙氣脫銷(xiāo)系統(tǒng)主要工藝流程及、脫硝系統(tǒng)控制方式及熱工自動(dòng)化設(shè)備配置，利用固定摩爾比及PID計(jì)算方法，控制供氨門(mén)，使遷安熱電公司污染物煙氣排放濃度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：氮氧化物;脫硝技術(shù);SCR;過(guò)程控制;200 MW機(jī)組

中圖分類(lèi)號(hào)：X773 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）02-0046-02

1 ?煙氣脫硝處理歷史背景

2011年7月29日，國(guó)家環(huán)保部發(fā)布新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值提出了全球最嚴(yán)格的要求，要求現(xiàn)有機(jī)組在2014年下半年實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排。其中，二氧化硫排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的400～1 200 mg/Nm3調(diào)降到50～400 mg/Nm3;煙塵排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的50～200 mg/Nm3調(diào)降到20～30 mg/Nm3;氮氧化物排放限值從原標(biāo)準(zhǔn)的450～

1 500 mg/Nm3調(diào)降到100～200 mg/Nm3。

2 ?SCR脫硝工藝原理及系統(tǒng)組成

選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）的基本原理即通過(guò)向煙氣中噴入氨（NH3）作為還原劑將煙氣中的氮氧化物（NOX）還原成氮?dú)夂退?/p>

根據(jù)遷安熱電公司廠區(qū)總平面布置的規(guī)劃，脫硝劑制備區(qū)域布置在#1電除塵東側(cè)。鍋爐鋼梁構(gòu)架在尾部煙道脫硝預(yù)留空間安裝脫硝設(shè)施。脫銷(xiāo)系統(tǒng)包括煙道、SCR反應(yīng)器、催化劑、氨噴射系統(tǒng)、吹灰、液氨貯存和制備系統(tǒng)及控制系統(tǒng)7個(gè)部分。SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3 ?脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遷安熱電公司脫硝控制系統(tǒng)由兩部分組成：?jiǎn)卧獧C(jī)組脫硝SCR區(qū)遠(yuǎn)程控制站和液氨貯存和制備系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制站。主要監(jiān)控項(xiàng)目有：脫硝反應(yīng)器SCR監(jiān)控;脫硝公用系統(tǒng)監(jiān)控;脫硝島電氣系統(tǒng)監(jiān)控;煙氣檢測(cè)、成份分析;SCR反應(yīng)器吹灰系統(tǒng)監(jiān)控。

脫硝SCR控制系統(tǒng)采用日立H-5000M分散控制系統(tǒng)，硬件選用HISEC04-M/R600C連接控器。脫硝SCR區(qū)工藝控制系統(tǒng)作為單元機(jī)組DCS系統(tǒng)的一個(gè)子站分別納入到單元機(jī)組DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)行人員直接通過(guò)集控室中單元機(jī)組DCS操作員站完成對(duì)脫硝SCR系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備的監(jiān)控，新增脫硝SCR系統(tǒng)通過(guò)主機(jī)現(xiàn)有工程師站進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)及邏輯組態(tài)。

氨制備與供應(yīng)系統(tǒng)區(qū)的控制PLC控制系統(tǒng)加上位機(jī)控制方式。PLC主機(jī)采用雙機(jī)熱備，冗余的電源模件，數(shù)據(jù)總線采用冗余結(jié)構(gòu)，以冗余通訊方式接入全廠輔助控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，由全廠輔助控制系統(tǒng)的操作員站完成對(duì)氨制備與供應(yīng)系統(tǒng)區(qū)設(shè)備的監(jiān)控。脫硝氨區(qū)控制系統(tǒng)硬件采用施耐德Modicon QUANTUM PLC控制系統(tǒng)，增加一臺(tái)操作員站兼工程師站。氨區(qū)控制系統(tǒng)組態(tài)圖上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控軟件應(yīng)為iFIX軟件包，配套提供操作系統(tǒng)編程和組態(tài)。

4 ?熱工自動(dòng)化功能

脫硝工藝系統(tǒng)SCR區(qū)采用與機(jī)組DCS一體化配置的控制系統(tǒng)，納入單元機(jī)組DCS系統(tǒng);并由機(jī)組DCS操作員站CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硝SCR區(qū)的監(jiān)控，其功能包括：數(shù)據(jù)采集（DAS）系統(tǒng);模擬量控制（MCS）系統(tǒng);順序控制（SCS）系統(tǒng)。

4.1 ?數(shù)據(jù)采集（DAS）系統(tǒng)

脫硝控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)連續(xù)采集和處理所有與脫硝系統(tǒng)有關(guān)的重要測(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。

DAS基本功能具有過(guò)程變量輸入掃描處理、固定限值報(bào)警處理并可報(bào)警切除、顯示數(shù)據(jù)功能。

4.2 ?模擬量控制（MCS）系統(tǒng)

SCR反應(yīng)器氨氣流量控制，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)氨氣流量控制按照固定摩爾比控制邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)。固定摩爾比控制：SCR反應(yīng)器入口的NOx濃度乘以煙氣流量得到NOx信號(hào)，該信號(hào)乘以所需NH3/NOx摩爾比就是基本氨需量信號(hào)，此信號(hào)作為給定值送入PID控制器與控制器修正后的氨氣流量信號(hào)的偏差來(lái)控制氨空混合器前調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度以調(diào)節(jié)氨空混合氣流量。

液氨蒸發(fā)器水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)控制進(jìn)入蒸發(fā)器的加熱蒸汽量實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)水浴溫度的恒定。水溫設(shè)定值（根據(jù)工藝系統(tǒng)確定）送入PID控制器與實(shí)測(cè)值比較后輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制液氨蒸發(fā)器入口蒸汽門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)水浴溫度（60 ℃），使氨氣至緩沖槽能維持一定的溫度（40 ℃）和壓力。

氨氣緩沖罐壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器入口的壓力調(diào)節(jié)閥控制氨氣緩沖罐的壓力，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的供氨壓力（0.15 MPa）。

4.3 ?順序控制（SCS）系統(tǒng)

脫硝系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)根據(jù)工藝的要求實(shí)行分級(jí)控制，分級(jí)原則如下：

①驅(qū)動(dòng)級(jí)控制：作為自動(dòng)控制的最低程度。

②子組級(jí)控制：一個(gè)輔機(jī)為主及其相應(yīng)附助設(shè)備的順序控制。

③功能組級(jí)控制：整個(gè)煙氣脫硝系統(tǒng)啟/停的自動(dòng)控制并對(duì)子組發(fā)出控制命令。

4.4 ?聯(lián)鎖保護(hù)

SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)有必要的聯(lián)鎖保護(hù)，以保證系統(tǒng)能安全、可靠地運(yùn)行。當(dāng)脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)下述任一情況時(shí)，自動(dòng)解列脫硝系統(tǒng)（SCR跳閘）：

①反應(yīng)器入口溫度高;

②反應(yīng)器入口溫度低;

③稀釋空氣流量低;

④氨空比例高;

⑤稀釋風(fēng)機(jī)跳閘;

⑥氨氣母管供氨壓力低;

⑦鍋爐MFT。

4.5 ?脫硝輔助控制系統(tǒng)

煙氣檢測(cè)和分析是脫硝系統(tǒng)重要組成部分。煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置采用直接抽取法的測(cè)量?jī)x表，測(cè)量系統(tǒng)由取樣、檢測(cè)、校準(zhǔn)標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集等部分構(gòu)成。SCR反應(yīng)器出口NH3逃逸率的檢測(cè)采用直插激光法，均可以保證其測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性。SCR反應(yīng)器出入口NOx、O2直接抽取法。液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有氨氣檢測(cè)器，以檢測(cè)氨氣的泄漏，當(dāng)檢測(cè)器測(cè)得大氣中氨濃度過(guò)高時(shí)，向輔控操作員站發(fā)出警報(bào)。

5 ?固定摩爾比控制調(diào)節(jié)原理

脫硝系統(tǒng)噴氨量的控制方式主要有兩中：一為固定氨氮摩爾比控制方式，另一種為出口NOx定值控制方式。遷安熱電公司采用固定摩爾比控制控制方法。

氨氣流量=氣體流量×氮氧化物濃度×摩爾比

由鍋爐空氣流量到煙氣量的計(jì)算與出口NOx常量控制方法的計(jì)算方法相同。脫硝系統(tǒng)最低投運(yùn)負(fù)荷為50%，此負(fù)荷率可不用投油助燃，因此鍋爐煙氣流量最終可依據(jù)煤質(zhì)分析結(jié)果計(jì)算煙氣流量。NOx流量信號(hào)。上述煙氣流量（DFGA）乘以反應(yīng)器入口NOx濃度是計(jì)算出的NOx流量信號(hào)。

E（NOx流量信號(hào)）=DFGA（煙氣流量）×D（入口NOx濃度）

函數(shù)發(fā)生器FG1是用來(lái)把鍋爐空氣流量轉(zhuǎn)化出NOx濃度（A），具體函數(shù)可根據(jù)運(yùn)行參數(shù)擬合。摩爾比能從脫硝效率計(jì)算得出，具體定值可在調(diào)試時(shí)確定。

G（所需要的NH3流量信號(hào)）=E（NOx流量信號(hào)E）×（固定摩爾比）

凈氨氣的流量通過(guò)氨氣噴射母管的溫度和壓力修正。當(dāng)溫度差在高低溫度周期改變很大并且當(dāng)壓力變化很大時(shí)，誤差增加。超前-滯后預(yù)噴氨控制，為了修正NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后，超前-滯后預(yù)噴氨預(yù)噴射氨氣實(shí)施如下：煙氣流量信號(hào)（DFGA）被用作負(fù)荷變化信號(hào)。對(duì)于負(fù)荷變化信號(hào)有必要采用一個(gè)盡可能迅速的預(yù)測(cè)NOx變化的信號(hào)。在某些情況下，也可用發(fā)電量需求信號(hào)、主蒸汽流量信號(hào)，這些信號(hào)比煙氣流量信號(hào)（B）更迅速的預(yù)測(cè)NOx變化。如果荷載變幅很大，執(zhí)行超前-滯后預(yù)噴氨氣修正回路。當(dāng)負(fù)荷無(wú)變化時(shí)，無(wú)需執(zhí)行超前-滯后預(yù)噴氨修正。固定摩爾比控制調(diào)節(jié)原理圖如圖2所示。

6 ?性能實(shí)驗(yàn)

遷安熱電公司1號(hào)機(jī)組選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置，為了測(cè)試該機(jī)組脫硝裝置其脫硝性能是否能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)性能保證值要求，委托華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司對(duì)這臺(tái)機(jī)組的脫硝裝置進(jìn)行性能考核試驗(yàn)。SCR煙氣脫硝裝囂性能試驗(yàn)期間脫硝系統(tǒng)DCS表盤(pán)記錄數(shù)據(jù)（100%負(fù)荷，試驗(yàn)期間平均值）見(jiàn)表1，SCR煙氣脫硝裝置性能試驗(yàn)期間脫硝系統(tǒng)DCS表盤(pán)記錄數(shù)據(jù)（75%負(fù)荷，試驗(yàn)期間平均值）見(jiàn)表2。

7 ?結(jié) ?語(yǔ)

從上述表中可以看出，遷安熱電公司1號(hào)機(jī)組進(jìn)行脫硝改造工程后，NOX去除效率大于80%，遷安熱電公司脫硝系統(tǒng)滿(mǎn)足工藝流程先進(jìn)，能有效控制脫硝后煙氣濃度值，可滿(mǎn)足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）表1標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李峰，王立，高富春.SCR煙氣脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)及其在國(guó)華三河電廠的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2009，（5）.