脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化探討

葉洪兵 殷宇龍 胥艷明

摘 要：煙氣脫硝選擇催化還原技術(shù)被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠、蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電廠、化學(xué)處理工廠以及鋼鐵和水泥加工廠的煙氣處理系統(tǒng)中。本文在介紹燃煤發(fā)電廠SCR技術(shù)工藝流程的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了脫硝過程被控對象氮氧化物的特性、控制原理，以及脫硝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行中存在的問題提出控制系統(tǒng)的優(yōu)化策略及方法。

關(guān)鍵詞：脫硝；選擇性催化還原；控制系統(tǒng)；優(yōu)化

在實(shí)際運(yùn)行過程中，鍋爐煤種、負(fù)荷及煙氣量、煙氣溫度、煙塵濃度等是經(jīng)常變化的，若按照原設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，可能影響發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行及脫硝系統(tǒng)本身的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)鍋爐系統(tǒng)根本無法運(yùn)行。本文以國投某電廠330MW SCR脫硝控制系統(tǒng)為研究對象，本人參與的本套系統(tǒng)選型、控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作，通過脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的大量數(shù)據(jù)的分析，分析出影響脫硝效率、煙風(fēng)系統(tǒng)主要因素，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化，最終獲得在給定工況下SCR脫硝系統(tǒng)調(diào)整參數(shù)，為現(xiàn)場運(yùn)行人員的調(diào)整提供了指導(dǎo)，同時(shí)也為國內(nèi)其他電廠SCR脫硝系統(tǒng)改造和優(yōu)化運(yùn)行提供了參考，這對于降低 SCR技術(shù)運(yùn)行成本和電廠節(jié)能降耗具有重要的意義。

1 我國氮氧化物排放及脫硝技術(shù)的發(fā)展

在眾多的煙氣脫硝技術(shù)中，由于選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，其NOx的脫除率可達(dá)到80%—90%，已成為目前國內(nèi)外發(fā)電廠脫硝比較成熟的主流技術(shù)。

2 公司脫硝系統(tǒng)存在的問題

2.1 公司投運(yùn)初期液氨閥門特性 投運(yùn)初期由于設(shè)計(jì)閥門流量特性與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配，從上圖可看出閥門調(diào)節(jié)特性比較差，在入口氮氧化物發(fā)生微小波動(dòng)，此調(diào)節(jié)閥開關(guān)幅度較大，這樣會(huì)產(chǎn)生明顯過調(diào)節(jié)，對出口氮氧化物控制是不利的擾動(dòng)。

2.2 空預(yù)器堵塞問題

2.3 脫硝效率的問題

3 脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化

燃煤發(fā)電廠同步安裝脫硝系統(tǒng)是以后建設(shè)的必要條件，由于采用的脫硝技術(shù)不同，達(dá)到的效果明顯不同，作為我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，環(huán)境可持續(xù)性是當(dāng)今發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要前提因素，隨著中國經(jīng)濟(jì)總量的不斷增加，所帶來的環(huán)境壓力隨著增加，如何在更加苛刻的大氣環(huán)境指標(biāo)下找到企業(yè)的發(fā)展之路，是今后重要的課題，如何挖潛改造優(yōu)化環(huán)保設(shè)施，是一個(gè)重要的發(fā)展方向。以下將從氮氧化物所帶來的危害和脫硝成本分析來確立，國投伊犁能源開發(fā)有限公司脫硝系統(tǒng)需要優(yōu)化。

氮氧化物引起很多環(huán)境問題，危害人體健康，解決環(huán)境保護(hù)面臨的巨大壓力已是刻不容緩。

4 脫硝成本分析

脫硝成本主要是受煤質(zhì)、氮氧化物原始濃度、脫硝建設(shè)類型、還原劑催化劑的類型不同存在很大差異，在成本中既包括固定成本也包括可變成本。變動(dòng)成本包含維持正常運(yùn)行的各項(xiàng)消耗性支出包括催化劑更換費(fèi)用、還原劑消耗費(fèi)用、電費(fèi)等組成；而固定成本包含折舊費(fèi)、修理維護(hù)費(fèi)、運(yùn)行管理費(fèi)、財(cái)務(wù)費(fèi)等。催化劑使用壽命一般在24000小時(shí)左右，其價(jià)格比較昂貴，一般運(yùn)行5年左右就需要進(jìn)行催化劑的更替。這項(xiàng)費(fèi)用在成本中一定的比例。還包含還原劑的使用費(fèi)用其費(fèi)用=液氨單位小時(shí)耗量×SCR運(yùn)行小時(shí)×液氨價(jià)格，其他像電費(fèi)、水費(fèi)相對較少可忽略不計(jì)。以國投伊犁能源為例：2014年全年發(fā)電量35.5億，可用小時(shí)5600小時(shí)，液氨單價(jià)平均3100元計(jì)算全年脫硝固定成本約800萬元，其還原劑的使用費(fèi)用占成本的40%左右，降低還原劑的使用量是降低脫硝成本的一個(gè)重要途徑，當(dāng)然是以滿足國家不同階段的環(huán)保政策為前提。雖然國家對環(huán)保設(shè)施的投運(yùn)，有一定的環(huán)保電價(jià)補(bǔ)貼，2013年9月國家發(fā)改委公布了《關(guān)于擴(kuò)大脫硝電價(jià)政策試點(diǎn)范圍有關(guān)問題的通知》規(guī)定自2013年9月25日起，脫硝上網(wǎng)電價(jià)每千瓦時(shí)提供到1分錢，這雖然對脫硝成本是一個(gè)補(bǔ)貼，但從實(shí)際實(shí)施來看，由于存在對SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)營成本控制缺乏經(jīng)驗(yàn)，包括設(shè)計(jì)初期系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的不完善，脫硝設(shè)施投入成本較高，如何進(jìn)行設(shè)施挖潛改造優(yōu)化是進(jìn)行降低成本的重要方式。

2015年7月公司通過調(diào)節(jié)閥門改造后以及控制方案優(yōu)化后其運(yùn)行狀況：從控制特性和效果都說明對于脫硝系統(tǒng)有所改善，同時(shí)也相對較低了耗氨量，提高了脫硝效率。

5 結(jié)論

對兩種控制方式而言，盡管上述的分析是在脫硝效率不一致（這也是由這兩種不同的控制方式所決定的，因固定摩爾比方式摩爾比設(shè)定值需要運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定）基礎(chǔ)上得出的，但從整個(gè)電廠的自動(dòng)運(yùn)行，控制的角度來說，固定出口NOx濃度的控制模式是一種按需脫除煙氣中NOx的控制模式，也是一種更為復(fù)雜，更優(yōu)的控制方式，可以有效降低電站脫硝運(yùn)行成本。通過此次優(yōu)化后脫硝出口氮氧化物平均控制在50mg以下，而且空預(yù)器運(yùn)行至今未發(fā)生堵灰現(xiàn)象，特別是調(diào)節(jié)效果比較明顯，閥門特性能夠滿足生產(chǎn)的需要，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

作者簡介：葉洪兵（1974-），男，四川營山人，工作單位：國投伊犁能源開發(fā)有限公司，化學(xué)專工，現(xiàn)為西安科技大學(xué)在職研究生，電氣工程專業(yè)。