淺談脫硝精確噴氨項(xiàng)目改造

劉田中

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033200）

1 機(jī)組設(shè)備概況及改造目的

公司甲4#發(fā)電機(jī)組鍋爐設(shè)備由上海鍋爐股份有限公司生產(chǎn)，型號(hào)：SG2093/17.5-M919，為亞臨界一次中間再熱強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，采用單爐膛、倒U型布置、四角切圓燃燒、正壓直吹式制粉系統(tǒng)，擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫，平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、固態(tài)排渣、燃用貧煤。

公司乙一期安裝有兩臺(tái)350MW日本三菱公司生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱燃煤凝汽式機(jī)組，其中鍋爐為日本三菱生產(chǎn)的亞臨界控制循環(huán)燃煤汽包鍋爐。通過此次項(xiàng)目的實(shí)施，目的在于控制2#機(jī)組脫硝系統(tǒng)SCR出口NOx濃度長期穩(wěn)定低于20mg/Nm3，氨逃逸量的平均值小于2mg/Nm3，降低脫硝下游設(shè)備ABS沉積風(fēng)險(xiǎn)。通過此次項(xiàng)目的實(shí)施，為解決目前機(jī)組運(yùn)行中遇到的實(shí)際問題（氨逃逸增加導(dǎo)致的空預(yù)器腐蝕、堵塞等），還能降低引風(fēng)機(jī)電耗，減少氨用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。同時(shí)，還能建立精細(xì)化的分區(qū)性能管控系統(tǒng)，有利于電廠的智能化管理解決。

2 主要實(shí)施內(nèi)容（見圖1）

圖1 脫硝優(yōu)化整體方案示意圖

2.1 測量系統(tǒng)包括：NOx分區(qū)測量系統(tǒng)和精確氨逃逸測量系統(tǒng)

（1）NOx分區(qū)測量系統(tǒng)。

①NOx分析儀。采用稀釋法與化學(xué)發(fā)光法相結(jié)合的NOx分析儀。稀釋法的煙氣抽取法與化學(xué)發(fā)光法相結(jié)合，具有不用除水，系統(tǒng)簡單，大大降低了故障停運(yùn)概率和維護(hù)成本。

②測點(diǎn)分區(qū)方式。兩側(cè)SCR出口煙道一共分12個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)布置一個(gè)測點(diǎn)，共用一套NOx分析儀。

單側(cè)煙道被劃分為6個(gè)網(wǎng)格區(qū)域（爐前4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域通過聯(lián)箱再分為6個(gè)支管，爐后2兩區(qū)域，每個(gè)區(qū)域通過聯(lián)箱再分為8個(gè)支管），每個(gè)網(wǎng)格區(qū)域設(shè)一個(gè)取樣探頭，兩側(cè)一共12個(gè)網(wǎng)格區(qū)域抽取的煙氣經(jīng)預(yù)處理和輪測切換裝置，送入測量儀表。左右兩側(cè)分別配置一套測量儀表系統(tǒng)。

網(wǎng)格區(qū)域劃分時(shí)，綜合考慮SCR流場模擬的結(jié)果和現(xiàn)有噴氨裝置的配置情況。一般而言，煙道兩側(cè)的速度梯度較大，所以分區(qū)較小；煙道中間部位的速度梯度較小，分區(qū)可以相對(duì)較大。各個(gè)測點(diǎn)位于分區(qū)的幾何中心（見圖2）。

圖2 SCR出口煙道（A/B兩側(cè)）分區(qū)示意圖

③分區(qū)測量控制模式。采用同時(shí)取樣，用專用的儲(chǔ)氣裝置鎖定樣品氣體，分時(shí)輪測的技術(shù)方案。每個(gè)測點(diǎn)的測量時(shí)間為1分鐘，所以14分鐘即可將SCR出口煙道的NOx分布更新一次，滿足分區(qū)控制的需要。同時(shí)取樣保證了樣品氣為同一時(shí)刻的的煙道煙氣，測量結(jié)果反映了NOx濃度的真實(shí)分布。

（2）氨逃逸測量設(shè)備安裝位置在空氣預(yù)熱器前，SCR反應(yīng)器之后。每側(cè)煙道各安裝一套，本項(xiàng)目共2套氨逃逸測量設(shè)備。

該設(shè)備采用原位取樣方式進(jìn)行測量，將測量腔整體安裝在煙道內(nèi)部。相比常規(guī)儀表，該儀表具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：直接高溫測量煙氣，無須不抽出；高信噪比算法；零點(diǎn)和量程標(biāo)定；極低吸附材料和流程。

2.2 控制系統(tǒng)包括噴氨總量先進(jìn)控制系統(tǒng)和噴氨格柵均衡控制系統(tǒng)（見圖3）

圖3 噴氨總量控制系統(tǒng)原理圖

噴氨總量先進(jìn)控制系統(tǒng)，在噴氨自動(dòng)中引入風(fēng)煤比、入口NOx等參數(shù)作為前饋信號(hào)，參與噴氨總量的閉環(huán)控制中，解決了入口NOx測量滯后的問題。另一方面，通過試驗(yàn)得到不同負(fù)荷下的SCR反應(yīng)器的傳遞函數(shù)，進(jìn)而有針對(duì)性地實(shí)施先進(jìn)控制算法模型。

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指噴氨格柵分區(qū)與自動(dòng)控制裝置

優(yōu)化服務(wù)器將均衡控制算法得到的控制策略通過以太網(wǎng)通訊方式傳輸給DCS，有DCS系統(tǒng)發(fā)出各分區(qū)調(diào)節(jié)閥門的開度調(diào)節(jié)指令（見圖4）。

圖4 噴氨格柵均衡控制系統(tǒng)原理圖

3 項(xiàng)目實(shí)施后運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)對(duì)比分析

3.1 公司甲效果對(duì)比

（1）氨逃逸儀表：投運(yùn)后，表計(jì)能夠很好地跟蹤負(fù)荷以及SCR入口NO的變化。經(jīng)過現(xiàn)場標(biāo)氣標(biāo)定，測量誤差小于2%。相比改造前，表計(jì)準(zhǔn)確可靠，能夠?yàn)榭刂坪铜h(huán)保提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

（2）噴氨量：相比本系統(tǒng)投運(yùn)前，按一周的總噴氨量計(jì)算，相對(duì)減少噴氨量6.8%。

（3）氨逃逸：在滿足環(huán)保排放要求的前提下，氨逃逸相對(duì)投運(yùn)前的5ppm降低至2.5ppm。

（4）出口NOx均勻性：根據(jù)分區(qū)儀表的測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)投運(yùn)后，出口NOx的不均勻度從45.3%降至25.5%，降低了19.8%。

（5）出口NOx波動(dòng)：根據(jù)DCS數(shù)據(jù)，系統(tǒng)投運(yùn)后，出口NOx的波動(dòng)相對(duì)降低。

（6）隨著分區(qū)控制調(diào)門開度變化，對(duì)應(yīng)分區(qū)的NOx有明顯變化（下圖紅色曲線為分區(qū)調(diào)門開度反饋，綠色曲線為對(duì)應(yīng)分區(qū)的NOx，藍(lán)色曲線為不均衡度）。

（7）改造完成后，出口NOx控制穩(wěn)定性明顯增加，氨逃逸量控制在3ppm以內(nèi)，但噴氨調(diào)門開度變化時(shí)，氨逃逸量無明顯對(duì)應(yīng)的變化趨勢（圖5紅色曲線為出口氮氧化物，綠色曲線為噴氨量，藍(lán)色曲線為氨逃逸，黃色曲線為入口氮氧化物，粉色曲線為空預(yù)器出口壓，淺藍(lán)色曲線為空預(yù)器入口壓力）。

圖5 氨逃逸量與其他參數(shù)對(duì)應(yīng)曲線

3.2 公司乙效果對(duì)比

（1）改造前后對(duì)比，改造后A/B側(cè)及總排出口NOx降低，NOx控制穩(wěn)定性增加，改造前NOx波動(dòng)約為±10mg/m3，改造后NOx波動(dòng)約為±5mg/m3；完成改造后，SCR出口與總排出口NOx測量值之間倒掛現(xiàn)象基本消失，從側(cè)面印證了SCR區(qū)域濃度均勻性得到改善。

（2）氨逃逸量控制穩(wěn)定，并且根據(jù)噴氨調(diào)門開度的變化，氨逃逸量有相應(yīng)的變化趨勢（下圖綠色為B側(cè)噴氨調(diào)門開度反饋，黃色為氨逃逸測量值）。

圖6 噴氨調(diào)門開度和氨逃逸量曲線

（3）改造后，機(jī)組與未進(jìn)行精確噴氨改造項(xiàng)目的機(jī)組對(duì)比，過量氨氣損耗有明顯下降。

（4）分區(qū)濃度與氨逃逸。由該歷史曲線可知，NOx濃度分區(qū)測量值可在較長時(shí)間保持均勻，其不均勻度約為10%，此時(shí)，實(shí)測的氨逃逸值均在1ppm以下。

在波動(dòng)工況下，各個(gè)分區(qū)測量值隨總噴氨量與總NOx排放量同步波動(dòng)，此時(shí)，不均勻度略有上升，最高達(dá)到20%左右，此后待工況穩(wěn)定后，經(jīng)過調(diào)節(jié)逐步回到10%附近。

4 存在的問題

（1）公司甲精確噴氨項(xiàng)目改造完成后，NOx控制穩(wěn)定性明顯增加，氨逃逸量控制穩(wěn)定，但此次改造項(xiàng)目同時(shí)增加導(dǎo)流板等，對(duì)區(qū)域流場進(jìn)行了優(yōu)化，并不能單獨(dú)代表分區(qū)控制的優(yōu)化效果。

（2）在總量控制無明顯變化，分區(qū)控制不均衡度無明顯變化，左右側(cè)噴氨調(diào)門開度無明顯變化，總噴氨量無明顯變化的情況下，部分分區(qū)調(diào)門開度大幅度變化后，對(duì)應(yīng)分區(qū)的NOx無明顯變化，廠家給出的解釋是由于管道及調(diào)門的節(jié)流，調(diào)門到達(dá)一定開度后，再增加開度噴氨量變化不大。分區(qū)自動(dòng)調(diào)節(jié)還有優(yōu)化的空間。

（3）公司甲項(xiàng)目改造后投入時(shí)間較短（2018年12月初），且改造前2#機(jī)空預(yù)器無堵塞現(xiàn)象，無直觀的數(shù)據(jù)可以說明此次改造項(xiàng)目能改善空預(yù)器堵塞問題。

（4）分區(qū)控制系統(tǒng)現(xiàn)場增加了每個(gè)分區(qū)噴氨的流量計(jì)、管路壓力表、反吹回路、稀釋空氣回路、采樣回路等，管路節(jié)點(diǎn)較多，若發(fā)生泄漏或堵塞時(shí)將影響分區(qū)自動(dòng)控制和脫硝系統(tǒng)運(yùn)行。

5 結(jié)語

精確噴氨項(xiàng)目改造完成后，NOx控制穩(wěn)定性明顯增加，氨逃逸量控制穩(wěn)定，但氨逃逸測量裝置調(diào)試完后，氨逃逸量不隨噴氨調(diào)門開度變化而變化，測量準(zhǔn)確性無法得到保證。

項(xiàng)目改造后，精確噴氨系統(tǒng)投入時(shí)間不長，從曲線中觀察項(xiàng)目改造前后噴氨量無明顯下降，氨逃逸量均值有所下降但下降幅度不大，且改造前機(jī)組空預(yù)器無堵塞現(xiàn)象（項(xiàng)目改造前后空預(yù)器差壓均為0.6kPa左右），無直觀的數(shù)據(jù)可以說明此次改造項(xiàng)目能改善空預(yù)器堵塞問題。

項(xiàng)目實(shí)施后運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)對(duì)比分析部分?jǐn)?shù)據(jù)為廠家提供，從歷史曲線中不能較直觀地觀察出噴氨量等數(shù)據(jù)的降低。