火電廠SCR數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在煙氣脫硝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

張長飛，李乾軍，張東平，劉獻(xiàn)鋒

(南京工程學(xué)院 環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)以NH3為還原劑，在一定溫度和催化劑條件下有選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)生成無毒無污染的N2和H2O，理想狀態(tài)下NOx脫除率可達(dá)90%以上[1-2]。因其脫硝效率高、技術(shù)成熟在燃煤電站氮氧化物(NOx)脫除中得到廣泛應(yīng)用。隨著電力行業(yè)發(fā)展的需求以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力環(huán)保人才需求的不斷增加，南京工程學(xué)院開設(shè)電力環(huán)保和電廠化學(xué)2個相關(guān)專業(yè)，學(xué)院緊緊依托電力行業(yè)背景和國家環(huán)境綜合治理的發(fā)展需求，加強(qiáng)“校企、校地、校研”合作，不斷探索協(xié)同育人的教學(xué)模式，強(qiáng)化學(xué)院發(fā)展內(nèi)涵建設(shè)。

1 SCR數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的研發(fā)

SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行影響因素眾多，各種影響因素間彼此耦合，如何選取最優(yōu)輸入?yún)?shù)建立多參數(shù)的優(yōu)化控制體系成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)[3]。Balabin R M等利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了煤粉水份含量的模型并在此基礎(chǔ)上對鍋爐燃燒和氮氧化物排放進(jìn)行優(yōu)化[4-6]。Shannon C E等對鍋爐燃燒過程進(jìn)行分析并構(gòu)建燃燒過程最小二乘支持向量機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)飛灰含碳量、排煙溫度、氮氧化物排放量的參數(shù)測量軟件并提出鍋爐燃燒優(yōu)化方案[7-9]。Lee Y H等在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用支持向量機(jī)建立鍋爐燃燒模型，預(yù)測氮氧化物排放量并對鍋爐燃燒參數(shù)及SCR噴氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[10]。

南京工程學(xué)院課題組借助產(chǎn)學(xué)研最新成果SCR大數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)，將燃燒系統(tǒng)、低氮燃燒器的布置、煙道流場以及SCR反應(yīng)器等系統(tǒng)建立以鍋爐氧量、一二次風(fēng)配比、風(fēng)煤比、SCR進(jìn)出口流場、NOx、氧量、CO、出口氨逃逸等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在達(dá)到超凈排的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以脫硝效率、氨逃逸控制為核心的大數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)，建立多參數(shù)耦合模型指導(dǎo)SCR系統(tǒng)運(yùn)行過程優(yōu)化控制，在高脫硝效率與低氨逃逸之間尋求最優(yōu)平衡。

2 SCR實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

將產(chǎn)學(xué)研最新成果運(yùn)用于指導(dǎo)實(shí)踐教學(xué)一直是南京工程學(xué)院項(xiàng)目化教學(xué)的重要手段。開設(shè)相關(guān)理論課程教學(xué)相對容易，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻困難重重。建設(shè)煙氣脫硫脫硝相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺費(fèi)用成本巨大，使用效率不高，不建設(shè)相關(guān)配套的實(shí)驗(yàn)平臺又不能滿足專業(yè)發(fā)展要求。學(xué)院高度重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，不斷完善教學(xué)條件，提高教學(xué)質(zhì)量。南京工程學(xué)院先后建設(shè)煙氣脫硫、脫硝和垃圾焚燒實(shí)驗(yàn)平臺和相關(guān)檢測裝置，SCR中試實(shí)驗(yàn)臺見圖1。

圖1 南京工程學(xué)院SCR中試實(shí)驗(yàn)臺

南京工程學(xué)院煙氣脫硝實(shí)驗(yàn)教學(xué)為電力環(huán)保、環(huán)境工程和能源化工專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，分為2個實(shí)驗(yàn)8課時教學(xué)內(nèi)容，包括煙氣參數(shù)成分分析和煙氣脫硝系統(tǒng)的認(rèn)知。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過于簡單，操作性偏少，教學(xué)效果不好。

3 SCR實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

課題組以學(xué)校SCR中試實(shí)驗(yàn)臺為依托，現(xiàn)在將SCR數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和SCR中試實(shí)驗(yàn)臺相結(jié)合，開辟新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，主要包括以下內(nèi)容：

1)SCR煙氣參數(shù)測量，利用德圖煙氣分析儀測量系統(tǒng)煙氣成分、煙氣溫度和系統(tǒng)阻力；

2)氨逃逸測試，利用便攜式紅外氨逃逸分析儀測試SCR系統(tǒng)的氨逃逸。在此基礎(chǔ)上統(tǒng)分優(yōu)化系統(tǒng)條件，學(xué)生通過優(yōu)化系統(tǒng)條件減少氨逃逸；

3)SO3轉(zhuǎn)化，利用化學(xué)吸收等方法測試系統(tǒng)中SO3轉(zhuǎn)化率。

4)SCR系統(tǒng)運(yùn)行與優(yōu)化操作，學(xué)生在中控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)踐操作，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。在SCR實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過SCR數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)測試，讓學(xué)生系統(tǒng)直觀的分析各種參數(shù)對SCR運(yùn)行的影響。

4 結(jié)束語

通過介紹南京工程學(xué)院產(chǎn)學(xué)研成果SCR數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在SCR實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用，優(yōu)化SCR實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)難度和系統(tǒng)性，使學(xué)生系統(tǒng)掌握脫硝各參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，提高實(shí)踐動手操作技能和分析優(yōu)化的能力，更加貼近工程現(xiàn)場，為電力環(huán)保應(yīng)用性人才培養(yǎng)提供方法。