1000MW机组SCR烟气脱硝自动控制方式优化

孙　岩

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司， 广东　潮州　515723)



1000MW机组SCR烟气脱硝自动控制方式优化

孙岩

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司， 广东潮州515723)

摘要：介绍了大唐潮州电厂2×1000MW机组SCR脱硝的基本工艺，并对脱硝系统的喷氨流量的自动控制方法进行论述，针对喷氨流量自动控制存在的问题进行了优化。较好的满足了脱硝自动化控制的要求，具有较强的实用性和通用性。

关键词：烟气脱硝；SCR；控制

0前言

随着环保力度的加大，火电厂NOx的污染正引起高度的重视。目前，对燃煤锅炉NOx排放量的控制主要方法是低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。采用低NOx燃烧技术，降低炉内NOx生成量，该方法费用较低，但由于炉内低氮燃烧技术的局限性，使得NOx控制效果不能令人满意。而SCR脱硝技术(选择性催化还原技术)由于工业条件要求低，设备简单，成为当前最广泛最有效的脱硝技术。随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，对采用SCR法脱硝的火力发电厂在确保烟气排放达标的同时还要增强脱硝系统运行的可靠性、连续性和经济性。喷氨过少时，难以达到NOx的排放标准，喷氨过多时，又会造成氨的浪费和环境的污染，所以如何精确而经济地控制脱硝系统的喷氨量具有很高的实用价值。

1设备概况及反应原理

大唐潮州电厂2×1000MW 超超临界燃煤机组，分别于2008年、2009年投运。锅炉为哈锅厂生产，设计煤种神府烟煤，校核煤种为山西晋北烟煤。烟气脱硝系统，采用选择性催化还原法(SCR)工艺。脱硝装置的烟道及反应器位于锅炉省煤器后空预器前，氨喷射格栅放置在SCR反应器上游的位置。烟气在锅炉出口处被平均分成两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层，随后进入回转式空气预热器、静电除尘器、引风机和FGD，最后通过烟囱排入大气。氨气从蒸发槽出来后，在混合器中与空气混合，经喷氨流量控制回路计算出喷氨量，控制喷氨阀的开度，从烟道中喷氨格栅管路上的喷嘴喷出，与烟道中的烟气进行混合后，流进SCR脱硝装置的催化反应区，在催化剂作用下与烟道中的NOx发生反应，最终将NOx分解成氮气和水。脱硝过程主要的化学反应方程式为：

(1)4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(2)6NO2+ 8NH3→7N2+12H2O

烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95%，NO2约占NOx总量的5%。

2SCR脱硝喷氨量控制方案

2.1原SCR脱硝喷氨量控制方案

潮州电厂2×1000MW机组的SCR脱硝系统采用出口NOx定值控制方式，出口NOx定值控制是保持出口NOx的恒定。根据我国火电厂大气污染物排放标准要求，对不同时段的火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度有一个限值要求(现阶段《火电厂大气污染物排放标准》规定燃煤锅炉氮氧化物的排放限值为100mg/Nm3)，根据此要求通过控制脱硝系统出口的NOx浓度以满足排放要求，同时可以减少氨气用量，有效控制脱硝运行成本，此方法相比传统的固定摩尔比的控制方式更加灵活。潮州电厂2×1000MW机组的出口NOx定值控制原理图如图1所示。

图1　优化前SCR脱硝喷氨流量原理图

控制主体原则为串级控制，控制的主参数为脱硝出口烟道NOx的含量，副参数为氨气流量，前馈量为脱硝系统预置摩尔比。主回路PID出口用于调整摩尔比的修正值，副回路PID出口用于控制调门开度。其中：

(1)脱硝入口折氧NOx浓度=(脱硝进口烟道NOx浓度×15)/(21-脱硝进口烟道含氧量)。

(2)脱硝出口折氧NOx浓度=(脱硝出口烟道NOx浓度×15)/(21-脱硝出口烟道含氧量)。

(3)实际脱硝效率=[实际入口折氧NOx浓度-实际出口折氧NOx浓度]/ 实际入口折氧NOx浓度×100%。

2.2优化前SCR脱硝自动控制存在的问题

脱硝系统的关键参数是喷氨量，其控制方式直接关系到NOx的排放浓度、氨逃逸率、脱硝效率、耗氨量等参数，喷氨量偏少会导致脱硝效率低，出口NOx排放浓度不能满足国家的环保要求，喷氨量过多又会导致氨逃逸率高、空预器腐蚀等危害。对喷氨量的调节必须既要保证出口NOx满足环保要求，又要满足脱硝效率和较低的氨逃逸率。潮州电厂2×1000MW机组SCR烟气脱硝系统采用出口NOx定值控制方式，自系统投运后经常出现脱硝效率偏高或偏低、氨逃逸率高、出口NOx控制不符合环保要求等问题。引起出口NOx浓度超出排放标准主要有以下原因：

(1)出入口NOx浓度及烟气含氧量通过CEMS仪表测量得出，CEMS仪表是抽取烟气来测量NOx浓度，每一小时CEMS仪表要利用自动校准功能实现对仪表的校准和烟尘的反吹，每次校准时间为8分钟，在校验过程中，被校准的仪表输出数据保持不动，检验完成后显示实时数据。这样就会造成所测得的NOx浓度在校准前后有较大偏差，给喷氨调节阀很大的扰动，结果会出现NH3过量或少量。

(2)脱硝入口烟气温度的影响。脱硝入口烟气温度低，降低了催化剂活性，从而影响了脱硝效率，且有利于NH3与烟气中的SO2或SO3发生副反应，生成物铵盐黏附在催化剂表面堵塞微孔或腐蚀后续设备空预器；若烟气温度过高，NH3直接与烟气中的O2发生副反应，会导致烟气中的NOx的增加，影响脱硝效率。

(3)喷氨流量测量装置为流量孔板式差压测量方式，在运行中经常出现流量突升或突降等问题，给喷氨量自动控制很大的扰动，导致调门开度频繁开大或开小，严重影响出口NOx的控制。

2.3针对出现的问题采取的措施

由于影响SCR最终脱硝效率的因素有很多，如CEMS仪表校准、SCR烟气脱硝出入口NOx含量、锅炉负荷的变化、喷氨流量测量准确性等，潮州电厂2×1000MW机组在流量检测装置、增加旁路烟道和自动控制回路优化等方面做了改造和优化。改造原理图见图2，改造后的调节效果图见图3所示：

(1)针对可能引起NOx变化的因素，在控制回路中加入预喷氨的措施，将实际负荷指令信号用作NOx变化的超前信号，同时加入制粉系统A、B、F投退初期煤量变化的前馈信号；在CEMS仪表自动校准的过程中，如果校验出口NOx的分析仪，控制系统切入调节入口的回路；如果校验出口NOx的分析仪，控制系统切入调节入口的回路；同时在前馈回路中加入SCR烟气脱硝出口NOx和入口NOx变化趋势的判断，根据变化的趋势分别对理论喷氨量校正。优化后的喷氨量自动控制回路如图2所示。

图2　优化后SCR脱硝喷氨流量原理图

(2)为了降低入口烟气温度的影响，通常锅炉工况的改变引起烟气温度的变化，进而影响催化剂的活性，为保证脱硝催化剂的活性，催化剂运行温度控制在310℃～410℃之间，这就要导致脱硝反应器入口温度高于310℃运行，潮州电厂2×1000MW机组为提高脱硝入口烟气温度，在检修中为脱硝系统增加省煤器烟气旁路，即：从省煤器进口或其间某部位抽取足够量的高温烟气至脱硝入口烟道，与省煤器出口的烟气进行混合，调节、控制脱硝入口烟气温度，保证进入脱硝装置的烟气温度在催化剂活性温度要求范围内。在机组运行中，采取省煤器旁路来调整SCR脱硝系统烟气的入口温度。

(3) 喷氨流量在自动控制回路中是副调的被调量，流量测量准确与否直接影响喷氨调节阀的开度，进而导致实际喷氨量过量或少量。在改造前，潮州电厂2×1000MW机组使用孔板差压式流量计，在使用中经常出现测量不稳定、测量不准确的问题。在检修中将流量计改为涡街式流量计，改造后流量测量稳定准确，为脱硝的自动控制提供了保证。

图2中： ①表示出口NOx变化的趋势判断及根据趋势变化产生叠加到理论喷氨量的值；②表示入口NOx变化的趋势判断及根据趋势变化产生叠加到理论喷氨量的值；③表示在投入或退出制粉系统A、B、F时产生的前馈量。

图3　改造后的调节效果图

3结论

潮州发电公司1000MW机组脱硝喷氨自动控制采用的是按需脱出烟气中的NOx的控制模式，通过增加省煤器烟气旁路系统实现了脱硝系统全程投入；通过对喷氨自动调节回路的设计和优化，实现了高品质的自动控制，满足了SCR脱硝自动化控制的要求，为脱硝系统安全、稳定和经济运行提供了保障。

参考文献：

[1] 赵毅,朱洪涛,安晓玲,等.燃煤锅炉SCR法烟气脱硝技术[J].锅炉技术,2009,40(2):76- 80.

[2] 宋小宁，晏敏.燃煤电厂SCR烟气脱硝设计的影响因素分析[J].安全与环境工程，2013(2).

[责任编辑：薛宝]

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

中图分类号：TK223.27

文献标识码：A

文章编号：1672-9706(2016)01- 0081- 04

作者简介：孙岩(1986-)，男，宁夏银川人，工程师，从事火电厂热控设备的检修及维护工作。

收稿日期：2016- 02-15