火電廠SCR脫硝系統(tǒng)技術(shù)分析

【摘要】本文對(duì)SCR脫硝控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，分析了SCR脫硝控制功能，并針對(duì)火電廠SCR脫硝系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化與改進(jìn)提出幾點(diǎn)個(gè)人建議，以供參考。

【關(guān)鍵詞】火電廠；熱控；SCR；脫硝系統(tǒng)

目前，我國(guó)火力發(fā)電主要采用燃煤發(fā)電的方式，在這一過程中產(chǎn)生的污染物，例如NOx，其會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染，并且處理難度較高。煤燃燒后產(chǎn)生的氮氧化物主要包括NO、NO2以及其他氮氧化物，一旦這些氣體排入到大氣，就會(huì)經(jīng)過氧化成為NO2，這些氣體具有很大的毒性，會(huì)嚴(yán)重危害人類與動(dòng)植物，因此對(duì)NOx的處理具有十分重要的意義。

1、SCR脫硝控制系統(tǒng)概述

煙氣SCR脫硝控制系統(tǒng)主要由SCR反應(yīng)器曲、蒸汽與聲波吹灰、除灰和還原劑區(qū)等控制系統(tǒng)構(gòu)成。在煙氣SCR脫硝系統(tǒng)的控制中，具體涉及到的系統(tǒng)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護(hù)與報(bào)警系統(tǒng)以及順序控制系統(tǒng)等等。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有效控制，還要采用工業(yè)電視監(jiān)視、火災(zāi)報(bào)警與氨泄漏報(bào)警系統(tǒng)等等。一般情況下，稿灰段是SCR脫硝裝置的主要布置區(qū)域，也就是在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間進(jìn)行安裝，在布置還原劑儲(chǔ)存與制備區(qū)時(shí)，應(yīng)遵循獨(dú)立性原則，并將其作為廠區(qū)公用系統(tǒng)，由此可見，對(duì)于SCR脫硝裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)需要考慮的部分主要有兩個(gè)區(qū)域的儀表與控制系統(tǒng)。SCR區(qū)采用的DCS系統(tǒng)來進(jìn)行控制，脫硝反應(yīng)器區(qū)域則采用分別納入各機(jī)組DCS系統(tǒng)的，具有獨(dú)立性的SCR控制子系統(tǒng)，也就是SCR-DCS。SCR-DCS可以在機(jī)組電子間進(jìn)行集中安裝，也可以使用機(jī)組DCS遠(yuǎn)程站，并在就地脫硝電子間進(jìn)行安裝，此外還可以作為機(jī)組DCS的遠(yuǎn)程I/O站，在就地脫硝電子間進(jìn)行安裝，而這種安裝方式往往需要就地脫硝電子間具有較好的條件，因此大部分情況下不采用這種安裝形式。就維護(hù)管理而言，集中安裝的方式更為實(shí)用方便，遠(yuǎn)程I/O站的方式則不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安裝性、穩(wěn)定性以及操作監(jiān)視的便利造成影響，基于此能夠有效降低設(shè)備與安裝的費(fèi)用，在脫硝工程中，這兩種設(shè)計(jì)方式的運(yùn)用相對(duì)比較廣泛。

2、SCR脫硝控制功能分析

2.1 噴氮量閉環(huán)控制

噴氮量自動(dòng)控制系統(tǒng)是按照相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)噴氮量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，具體包括鍋爐煙氣量、煙氣溫度與SCR反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度、反應(yīng)器出口逃逸率等等。在SCR脫硝控制中，氮?dú)鈬娚淞髁靠刂剖欠浅ｊP(guān)鍵的控制回路，如圖1-1所示為氮?dú)鈬娚淞髁靠刂圃韴D。

圖1-1 氮?dú)饬髁靠刂圃?/p>

在控制信號(hào)測(cè)量中，主要需要考慮煙氣流量與氨氣流量。就煙氣流量而言，現(xiàn)階段煙氣流量的測(cè)量中，往往直接測(cè)量的準(zhǔn)確度并不夠，都是通過計(jì)算得到的，根據(jù)DCS提供的鍋爐負(fù)荷進(jìn)行煙氣流量的計(jì)算；或者按照熱量需求信號(hào)或者主蒸汽流量信號(hào)來計(jì)算煙氣量；通過DCS提供的空氣流量進(jìn)行煙氣量的計(jì)算，然而這種測(cè)量計(jì)算方式存在比較大的誤差。就對(duì)于氨氣流量而言，噴氨量控制需要氨氣流量的測(cè)量具有較高的精確度，并且在計(jì)算流量的過程中要經(jīng)過壓力與溫度修正，現(xiàn)階段質(zhì)量流量計(jì)在脫硝工程中的應(yīng)用比較廣泛，對(duì)于DCS計(jì)算而言對(duì)密度的修正則不需要進(jìn)行考慮。在測(cè)量NOx與O2中，現(xiàn)階段基于紅外吸收原理的儀表有著比較廣泛的應(yīng)用，測(cè)量O2組分的具體方法大體分為三種，即順磁法、電化學(xué)分析法以及氧化鋯法，目前氧化鋯法的應(yīng)用相對(duì)比較少，更多的是采用另外兩種方法。NOx與O2需要利用硬接線的方式向SCR-DCS傳遞信號(hào)，并基于此完成計(jì)算與控制，并對(duì)兩路與環(huán)保的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行預(yù)留。在實(shí)際工程中，煙氣的NO含量主要采用的是CEMS測(cè)量，在計(jì)算與控制算法中，NOx的含量為主要參考數(shù)據(jù)，這就要求利用公式進(jìn)行換算并予以修正。

關(guān)于煙氣NOx濃度的計(jì)算，具體采用

關(guān)于氮?dú)鈬娚淞康目刂撇呗?，在噴氮量系控制系統(tǒng)中，作為具有前饋回路的串級(jí)控制系統(tǒng)，其出口NOx濃度為主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，被調(diào)量為出口NOx濃度測(cè)量值，通過PID運(yùn)算得到噴氮量，并將其作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，通過對(duì)比氮流量計(jì)的測(cè)量信號(hào)，并利用PID運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對(duì)氨流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)。受限于脫硝的煙氣污染連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的滯后性，再加上SCR反應(yīng)器與催化劑兩個(gè)環(huán)節(jié)在同一時(shí)間具有滯后性，所以在前饋回路進(jìn)行噴氮量自動(dòng)控制邏輯的設(shè)置，前饋回路按照相關(guān) 參數(shù)對(duì)NOx量進(jìn)行直接計(jì)算，具體包括入口NOx濃度、出口NOx濃度設(shè)定值等等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴氮量的計(jì)算，噴氮量對(duì)副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行直接作用，以此可以滿足快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化的要求。目前，大部分火電廠的SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過程中往往會(huì)受到NOx測(cè)量裝置的影響，而導(dǎo)致無法投入噴氮量的閉環(huán)控制。因此，為了確保煙氣分析能夠快速響應(yīng)，應(yīng)將NOx分析儀的采樣管線縮短，并提高NOx變化 信號(hào)預(yù)測(cè)的快捷性與準(zhǔn)確性，具體包括燃料量、蒸汽量等等。此外，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)品質(zhì)的改善，還要結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行改變。

2.2 氨逃逸率控制

在脫硝系統(tǒng)工藝與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)基于催化劑的活性期，確保脫硝效率以及氨逃逸率等指標(biāo)要求得到滿足，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在進(jìn)行控制時(shí)可以不對(duì)氨逃逸率的影響進(jìn)行考慮，然而，受到某些因素的影響，例如隨著催化劑性能的減退、噴氨量沒有匹配上NOx的濃度、沒有及時(shí)吹灰、沒有合理分布脫硝系統(tǒng)噴氨以及沒有優(yōu)化控制等等，就可能導(dǎo)致脫硝效率不變的情況下影響到氨逃逸指標(biāo)。一旦氨逃逸指標(biāo)超標(biāo)，那么就會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低，并且還會(huì)嚴(yán)重影響到SCR脫硝系統(tǒng)的下游設(shè)備。煙氣含有三氧化硫，會(huì)與氨氣結(jié)合成為硫酸銨鹽，其會(huì)在空氣預(yù)熱器的換熱面上黏結(jié)，進(jìn)而堵塞空氣預(yù)熱器，并且降低其換熱性能，所以在進(jìn)行調(diào)試時(shí)應(yīng)對(duì)氨逃逸率予以關(guān)注，一旦出現(xiàn)異常而提高氨氣逃逸率，就要對(duì)相關(guān)方面進(jìn)行細(xì)致分析，例如氨逃逸分析儀、出口NOx分布、催化劑活性以及噴氨量控制方式等等，然后采取相應(yīng)的解決措施。如果實(shí)際條件不允許，那么SCR-DCS控制系統(tǒng)則基于允許范圍將脫硝效率降低，以此恢復(fù)按逃逸率的水平。

關(guān)于氨逃逸分析裝置，具體包括三個(gè)部分，即可調(diào)諧激光源、光學(xué)發(fā)射端以及光學(xué)接收端。其中可調(diào)諧二極管激光器通過調(diào)諧發(fā)射出特定氣體吸收線的激光，被測(cè)氣體在光束穿透下吸收這些光束，進(jìn)而減弱光強(qiáng)，經(jīng)過檢測(cè)器對(duì)光強(qiáng)以及線形狀信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行氣體濃度的計(jì)算。在掃描光譜內(nèi)，只有一個(gè)特定分子譜線會(huì)選擇性的吸收類似的單色激光，因此在測(cè)量中可以使交叉干擾的情況得到有效避免。在測(cè)量氨逃逸量中，目前廣泛采用可調(diào)諧二極管激光光譜儀，采用的方式多為原位測(cè)量法，然而受到現(xiàn)場(chǎng)儀表結(jié)構(gòu)的影響，采用的方法主要有兩種，即單側(cè)安裝的反射發(fā)與兩側(cè)安裝的透射法。對(duì)于測(cè)量精度而言，其可能會(huì)受到氨逃逸分析儀表的安裝、激光對(duì)位、安裝處結(jié)構(gòu)變形、探頭附近水蒸氣以及吹掃空氣等方面的影響，因此必須定期檢查并校驗(yàn)氨逃逸表，同時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)氨逃逸異常，就要細(xì)致檢查儀表的工作狀態(tài)。

在噴氨量控制上，氨逃逸控制往往會(huì)忽視噴氨量控制的問題，實(shí)踐表明，在出口NOx濃度在一定范圍內(nèi)時(shí)，噴氨量并不會(huì)對(duì)氨逃逸兩產(chǎn)生較大影響，而隨著NOx濃度降低，氨逃逸量就很容易受到噴氨量的影響。因此，在脫硝效率設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮噴氨量波動(dòng)問題，可以采用氨氣質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行噴氨量控制以保持其穩(wěn)定。

此外，氨逃逸的另一個(gè)根源就是出口NOx分布不均勻，噴氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)整可以分區(qū)進(jìn)行，在投運(yùn)前優(yōu)化噴氨格柵，均衡調(diào)整每個(gè)噴氨平衡閥，促使反應(yīng)器進(jìn)口氨氮保持均勻，進(jìn)而使反應(yīng)器出口NOx濃度分布更加均勻。出口NOx濃度分布的越均勻，那么NOx/O2分析裝置的采樣點(diǎn)對(duì)整個(gè)斷面就越具有代表性，能夠更加準(zhǔn)確的控制氨逃逸量，并且氨逃逸測(cè)量的準(zhǔn)確度也越高。

在氨逃逸控制中，優(yōu)化控制系統(tǒng)也是一個(gè)重要方法，基于同等設(shè)備與控制條件，通過優(yōu)化控制系統(tǒng)，可以使噴氮實(shí)際得到有效改善，尤其是能夠使噴氨量控制更加快速的相應(yīng)負(fù)荷變化。

3、結(jié)語

總而言之，目前火電廠SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行仍然存在需要我們關(guān)注的細(xì)節(jié)，如果不嚴(yán)加控制，就很容易導(dǎo)致NOx排放過量，對(duì)環(huán)境造成污染。因此我們應(yīng)對(duì)此展開研究，不斷提出有效的改進(jìn)措施，使火電廠脫硝系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善，減小對(duì)環(huán)境的污染。

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