1000MW機組SCR煙氣脫硝自動控制方式優(yōu)化

孫　巖

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司， 廣東　潮州　515723)

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1000MW機組SCR煙氣脫硝自動控制方式優(yōu)化

孫巖

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司， 廣東潮州515723)

摘要：介紹了大唐潮州電廠2×1000MW機組SCR脫硝的基本工藝，并對脫硝系統(tǒng)的噴氨流量的自動控制方法進行論述，針對噴氨流量自動控制存在的問題進行了優(yōu)化。較好的滿足了脫硝自動化控制的要求，具有較強的實用性和通用性。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；SCR；控制

0前言

隨著環(huán)保力度的加大，火電廠NOx的污染正引起高度的重視。目前，對燃煤鍋爐NOx排放量的控制主要方法是低NOx燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。采用低NOx燃燒技術(shù)，降低爐內(nèi)NOx生成量，該方法費用較低，但由于爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)的局限性，使得NOx控制效果不能令人滿意。而SCR脫硝技術(shù)(選擇性催化還原技術(shù))由于工業(yè)條件要求低，設(shè)備簡單，成為當前最廣泛最有效的脫硝技術(shù)。隨著我國環(huán)境保護法律、法規(guī)和標準的日趨嚴格及執(zhí)法力度的加大，對采用SCR法脫硝的火力發(fā)電廠在確保煙氣排放達標的同時還要增強脫硝系統(tǒng)運行的可靠性、連續(xù)性和經(jīng)濟性。噴氨過少時，難以達到NOx的排放標準，噴氨過多時，又會造成氨的浪費和環(huán)境的污染，所以如何精確而經(jīng)濟地控制脫硝系統(tǒng)的噴氨量具有很高的實用價值。

1設(shè)備概況及反應(yīng)原理

大唐潮州電廠2×1000MW 超超臨界燃煤機組，分別于2008年、2009年投運。鍋爐為哈鍋廠生產(chǎn)，設(shè)計煤種神府煙煤，校核煤種為山西晉北煙煤。煙氣脫硝系統(tǒng)，采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。脫硝裝置的煙道及反應(yīng)器位于鍋爐省煤器后空預(yù)器前，氨噴射格柵放置在SCR反應(yīng)器上游的位置。煙氣在鍋爐出口處被平均分成兩路，每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應(yīng)器里，在反應(yīng)器里煙氣向下流過均流板、催化劑層，隨后進入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、靜電除塵器、引風機和FGD，最后通過煙囪排入大氣。氨氣從蒸發(fā)槽出來后，在混合器中與空氣混合，經(jīng)噴氨流量控制回路計算出噴氨量，控制噴氨閥的開度，從煙道中噴氨格柵管路上的噴嘴噴出，與煙道中的煙氣進行混合后，流進SCR脫硝裝置的催化反應(yīng)區(qū)，在催化劑作用下與煙道中的NOx發(fā)生反應(yīng)，最終將NOx分解成氮氣和水。脫硝過程主要的化學反應(yīng)方程式為：

(1)4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(2)6NO2+ 8NH3→7N2+12H2O

煙氣中的NOx主要由NO和NO2組成，其中NO約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%。

2SCR脫硝噴氨量控制方案

2.1原SCR脫硝噴氨量控制方案

潮州電廠2×1000MW機組的SCR脫硝系統(tǒng)采用出口NOx定值控制方式，出口NOx定值控制是保持出口NOx的恒定。根據(jù)我國火電廠大氣污染物排放標準要求，對不同時段的火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組氮氧化物最高允許排放濃度有一個限值要求(現(xiàn)階段《火電廠大氣污染物排放標準》規(guī)定燃煤鍋爐氮氧化物的排放限值為100mg/Nm3)，根據(jù)此要求通過控制脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度以滿足排放要求，同時可以減少氨氣用量，有效控制脫硝運行成本，此方法相比傳統(tǒng)的固定摩爾比的控制方式更加靈活。潮州電廠2×1000MW機組的出口NOx定值控制原理圖如圖1所示。

圖1　優(yōu)化前SCR脫硝噴氨流量原理圖

控制主體原則為串級控制，控制的主參數(shù)為脫硝出口煙道NOx的含量，副參數(shù)為氨氣流量，前饋量為脫硝系統(tǒng)預(yù)置摩爾比。主回路PID出口用于調(diào)整摩爾比的修正值，副回路PID出口用于控制調(diào)門開度。其中：

(1)脫硝入口折氧NOx濃度=(脫硝進口煙道NOx濃度×15)/(21-脫硝進口煙道含氧量)。

(2)脫硝出口折氧NOx濃度=(脫硝出口煙道NOx濃度×15)/(21-脫硝出口煙道含氧量)。

(3)實際脫硝效率=[實際入口折氧NOx濃度-實際出口折氧NOx濃度]/ 實際入口折氧NOx濃度×100%。

2.2優(yōu)化前SCR脫硝自動控制存在的問題

脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)是噴氨量，其控制方式直接關(guān)系到NOx的排放濃度、氨逃逸率、脫硝效率、耗氨量等參數(shù)，噴氨量偏少會導致脫硝效率低，出口NOx排放濃度不能滿足國家的環(huán)保要求，噴氨量過多又會導致氨逃逸率高、空預(yù)器腐蝕等危害。對噴氨量的調(diào)節(jié)必須既要保證出口NOx滿足環(huán)保要求，又要滿足脫硝效率和較低的氨逃逸率。潮州電廠2×1000MW機組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用出口NOx定值控制方式，自系統(tǒng)投運后經(jīng)常出現(xiàn)脫硝效率偏高或偏低、氨逃逸率高、出口NOx控制不符合環(huán)保要求等問題。引起出口NOx濃度超出排放標準主要有以下原因：

(1)出入口NOx濃度及煙氣含氧量通過CEMS儀表測量得出，CEMS儀表是抽取煙氣來測量NOx濃度，每一小時CEMS儀表要利用自動校準功能實現(xiàn)對儀表的校準和煙塵的反吹，每次校準時間為8分鐘，在校驗過程中，被校準的儀表輸出數(shù)據(jù)保持不動，檢驗完成后顯示實時數(shù)據(jù)。這樣就會造成所測得的NOx濃度在校準前后有較大偏差，給噴氨調(diào)節(jié)閥很大的擾動，結(jié)果會出現(xiàn)NH3過量或少量。

(2)脫硝入口煙氣溫度的影響。脫硝入口煙氣溫度低，降低了催化劑活性，從而影響了脫硝效率，且有利于NH3與煙氣中的SO2或SO3發(fā)生副反應(yīng)，生成物銨鹽黏附在催化劑表面堵塞微孔或腐蝕后續(xù)設(shè)備空預(yù)器；若煙氣溫度過高，NH3直接與煙氣中的O2發(fā)生副反應(yīng)，會導致煙氣中的NOx的增加，影響脫硝效率。

(3)噴氨流量測量裝置為流量孔板式差壓測量方式，在運行中經(jīng)常出現(xiàn)流量突升或突降等問題，給噴氨量自動控制很大的擾動，導致調(diào)門開度頻繁開大或開小，嚴重影響出口NOx的控制。

2.3針對出現(xiàn)的問題采取的措施

由于影響SCR最終脫硝效率的因素有很多，如CEMS儀表校準、SCR煙氣脫硝出入口NOx含量、鍋爐負荷的變化、噴氨流量測量準確性等，潮州電廠2×1000MW機組在流量檢測裝置、增加旁路煙道和自動控制回路優(yōu)化等方面做了改造和優(yōu)化。改造原理圖見圖2，改造后的調(diào)節(jié)效果圖見圖3所示：

(1)針對可能引起NOx變化的因素，在控制回路中加入預(yù)噴氨的措施，將實際負荷指令信號用作NOx變化的超前信號，同時加入制粉系統(tǒng)A、B、F投退初期煤量變化的前饋信號；在CEMS儀表自動校準的過程中，如果校驗出口NOx的分析儀，控制系統(tǒng)切入調(diào)節(jié)入口的回路；如果校驗出口NOx的分析儀，控制系統(tǒng)切入調(diào)節(jié)入口的回路；同時在前饋回路中加入SCR煙氣脫硝出口NOx和入口NOx變化趨勢的判斷，根據(jù)變化的趨勢分別對理論噴氨量校正。優(yōu)化后的噴氨量自動控制回路如圖2所示。

圖2　優(yōu)化后SCR脫硝噴氨流量原理圖

(2)為了降低入口煙氣溫度的影響，通常鍋爐工況的改變引起煙氣溫度的變化，進而影響催化劑的活性，為保證脫硝催化劑的活性，催化劑運行溫度控制在310℃～410℃之間，這就要導致脫硝反應(yīng)器入口溫度高于310℃運行，潮州電廠2×1000MW機組為提高脫硝入口煙氣溫度，在檢修中為脫硝系統(tǒng)增加省煤器煙氣旁路，即：從省煤器進口或其間某部位抽取足夠量的高溫煙氣至脫硝入口煙道，與省煤器出口的煙氣進行混合，調(diào)節(jié)、控制脫硝入口煙氣溫度，保證進入脫硝裝置的煙氣溫度在催化劑活性溫度要求范圍內(nèi)。在機組運行中，采取省煤器旁路來調(diào)整SCR脫硝系統(tǒng)煙氣的入口溫度。

(3) 噴氨流量在自動控制回路中是副調(diào)的被調(diào)量，流量測量準確與否直接影響噴氨調(diào)節(jié)閥的開度，進而導致實際噴氨量過量或少量。在改造前，潮州電廠2×1000MW機組使用孔板差壓式流量計，在使用中經(jīng)常出現(xiàn)測量不穩(wěn)定、測量不準確的問題。在檢修中將流量計改為渦街式流量計，改造后流量測量穩(wěn)定準確，為脫硝的自動控制提供了保證。

圖2中： ①表示出口NOx變化的趨勢判斷及根據(jù)趨勢變化產(chǎn)生疊加到理論噴氨量的值；②表示入口NOx變化的趨勢判斷及根據(jù)趨勢變化產(chǎn)生疊加到理論噴氨量的值；③表示在投入或退出制粉系統(tǒng)A、B、F時產(chǎn)生的前饋量。

圖3　改造后的調(diào)節(jié)效果圖

3結(jié)論

潮州發(fā)電公司1000MW機組脫硝噴氨自動控制采用的是按需脫出煙氣中的NOx的控制模式，通過增加省煤器煙氣旁路系統(tǒng)實現(xiàn)了脫硝系統(tǒng)全程投入；通過對噴氨自動調(diào)節(jié)回路的設(shè)計和優(yōu)化，實現(xiàn)了高品質(zhì)的自動控制，滿足了SCR脫硝自動化控制的要求，為脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提供了保障。

參考文獻：

[1] 趙毅,朱洪濤,安曉玲,等.燃煤鍋爐SCR法煙氣脫硝技術(shù)[J].鍋爐技術(shù),2009,40(2):76- 80.

[2] 宋小寧，晏敏.燃煤電廠SCR煙氣脫硝設(shè)計的影響因素分析[J].安全與環(huán)境工程，2013(2).

[責任編輯：薛寶]

Automatic Control Mode Optimization of SCR Flue Gas Denitration in 1000MW Unit

SUNYan

(GuangdongDatangInternationalChaozhouPowerGenerationCo.,Ltd.,Chaozhou515723,China)

Abstract:The Datang Chaozhou Power Plant 2×1000MW unit SCR denitration technology is introduced, and the automatic control method of the ammonia flow in the denitration system is discussed. The existing problem for the automatic control of ammonia flow is optimized. It can meet the requirements of the automatic control of the denitration, and has the strong practicability and the generality.

Key words:flue gas denitration; SCR; control

中圖分類號：TK223.27

文獻標識碼：A

文章編號：1672-9706(2016)01- 0081- 04

作者簡介：孫巖(1986-)，男，寧夏銀川人，工程師，從事火電廠熱控設(shè)備的檢修及維護工作。

收稿日期：2016- 02-15