某电厂脱硝系统精准分区喷氨改造浅谈

(重庆松藻电力有限公司，重庆 401443)

0 引 言

NOX是火力发电厂三大主要污染物之一，其排放浓度主要靠脱硝系统控制。目前，大部分燃煤电厂脱硝系统采用SCR、SNCR、SCR+SNCR工艺技术[1-3]，为满足超低排放标准、提高脱硝系统的效率，还通过燃烧器低氮改造、喷氨优化调整、增加催化剂层数等方法[4-6]，降低NOX生成量和排放量。因煤质、燃烧工况、负荷等因素的改变，NOX生成量波动较大；加之，如文献6所述：SCR系统入口边界条件的非均匀性对烟气中NOx与NH3均匀混合的影响，使氨逃逸增加，与SO3反应生产NH4HSO4堵塞空气预热器，对脱硝系统实施精准分区喷氨至关重要。文中以某燃煤电厂3号机组为例，阐述了脱硝系统精准分区喷氨改造的方案、调试方法、调试中出现的问题，通过优化控制后，脱硝效率大于94.2%，优于改造前6.2%，氨逃逸率小于2.28%。

1 概述

某燃煤电厂3号锅炉型号为：DG2141/25.31-Ⅱ12，超临界参数变压直流炉、单炉膛、“W”型火焰燃烧、一次再热、尾部双烟道结构、采用挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置。机组同步建设脱硝装置，脱硝系统采用选择性催化还原(SCR)工艺，催化剂层数按3+1模初装3层预留1层，采用高尘布置，如图1所示。脱硝效率为88%，氮氧化物排放浓度小于200 mg/m3。

为满足国家及地方环保要求，该公司对脱硝装置实施超低排放改造。因SCR系统进口NOX浓度较高，且断面不同区域存在较大偏差。为改善上层催化剂截面处的氨氮摩尔比分布，控制氨逃逸，减轻空预器堵塞风险，拟采取优化脱硝系统流场、实施分区喷氨改造技术方案[7]。

图1 SCR高尘布置系统图

2 改造方案

SCR系统分区喷氨系统包括测量层、执行层和控制层，主要涉及NOx浓度分布式巡测和混合采样测量、氨氮摩尔比分区在线调平以及多维度决策的喷氨总量控制等技术，通过执行层“总量控制阀+分区调节阀+支管调节阀”三级阀门的串联控制和调节，全面提升喷氨控制的品质，使SCR性能适应NOx超低排放要求，达到节约喷氨量、降低NOx排放浓度、降低空预器堵塞几率、减轻尾部设备(如电除尘极线、除尘滤袋、低压省煤器)积灰等综合效果。

2.1 测量层

测量层实现SCR出口NOx、O2浓度的分布式巡测和混合采样测量，为执行层和控制层提供基础数据，其核心部件包括：多点取样枪(插入SCR出口截面)、取样管路与控制阀门、喷氨支管混合气流量计、NOx、O2在线分析仪以及管路吹扫子系统。

2.2 执行层

执行层主要通过在喷氨总管和喷氨支管之间增加喷氨分区调平阀和喷氨分区小母管，实现分区；根据测量层反馈，对“总量控制阀+分区调节阀+支管调节阀”三级阀门进行串联控制和调节，总量控制阀、支管调节阀及其管路利用原有设备(待液氨改尿素项目完工后利用新的设备)，喷氨分区母管和喷氨分区调节阀需要通过对现场管道进行改造，喷氨分区调节阀为气动阀，系统根据测量层反馈自动调节。

2.3 控制层

控制层的实现方式：将喷氨总量控制逻辑直接写入DCS组态，控制原理及方案与PLC方式基本相同。

根据原有系统脱硝出口的NOx、O2浓度以及锅炉相关设备数据进行综合分析后，对总量控制阀进行自动调整，与原有总阀控制系统同时存在，可实现无扰切换。

根据测量层反馈的NOx、O2浓度分布式巡测值对分区调节阀进行定期调整，分区调节阀设定上、下限，仅在设定范围内小幅度调节，且调节过程保证各分区调节阀总开度基本不变，避免对喷氨总量控制阀的自动调节造成扰动。

3 调试过程

3.1 蒸汽、声波吹灰器

本次改造增加了一层催化剂，同时配套增加蒸汽吹灰器，每侧3台，共6台，其运行参数同原蒸汽吹灰器、控制方式并入原蒸汽吹灰器。

原脱硝系统无声波吹灰器，改造后增加了40台声波吹灰器(每层催化剂5台，为一组)。声波吹灰器气源压力控制0.6 MPa左右，每组工作8 s，间隔64 s进行下一组，每10 min循环一次。

3.2 脱硝出口巡测表

根据厂家建议及现场实际情况，单测点测量时间为2 min，巡测一个周期10 min，反吹间隔为60 min。

3.3 喷氨分区阀门自动

分区阀门特性试验确认，分区阀1动作，影响巡测点2的NOx浓度；分区阀2动作，影响巡测点1的NOx浓度；分区阀3动作，影响巡测点4的NOx浓度；分区阀4动作，影响巡测点3的NOx浓度。

根据以上特性及分区测量情况，分区阀自动按以上对应方式设定，同时阀门开度控制在65%～85%之间，每10分钟调整1次，每次调整阀门幅度5%。

3.4 喷氨自动

影响喷氨自动的因素主要有负荷、NOx浓度、一二次风量、燃料量等一系列因素，测点的准确性及灵敏度影响喷氨自动调整的效果[8]。由于原出入口CEMS装置测量结果不稳定，将原有控制逻辑中主调节量：单侧反应器出口NOx浓度改为单侧分区NOx测量值与烟囱入口NOx浓度的平均值。NOx预测部分主体为总风量，兼有风煤比、锅炉氧量等因素测点组成。

4 调试中出现的问题及采取的措施

4.1 调试中出现的问题

4.1.1 测点不准确

机组启动后发现，原系统入出口CEMS测点不准确，虽然进行了消缺处理，但偏差仍然较大。主要表现如下：

CEMS装置取样管容易堵塞，造成测量数值偏差及反应迟钝；从采样浮子流量计可见，浮子波动剧烈且偏低，证明取样管线不通畅。

4.1.2 供氨系统不合理

喷氨总量调节阀死区为1.5%左右，对出口NOx的影响却在20～30 mg/m3左右，严重影响了喷氨的精准控制。

4.1.3 原有逻辑不合理

原逻辑中脱硝出口NOx低于10 mg/m3，延时10 s，速关阀关闭。在排放标准为200 mg/m3时，脱硝出口浓度过低，短暂关闭速关阀，对小时均值影响不大，而超低排放条件下，速关阀动作，很容易引起NOx排放超标。

4.1.4 供氨系统氨泄漏

在整套启动运行期间，SCR系统多次出现氨泄漏情况。

4.1.5 供氨流量不准

在整套启动运行期间，测算氨流量计数值与理论计算值偏差较大，经检查发现氨流量计安装方式和参数设置不正确。

4.2 采取的措施

(1)加强声波吹灰器的巡检，发现声音异常后及时联系检修处理，更换膜片；

(2)原蒸汽吹灰为每值投运一次，本次改造增加了声波吹灰器，根据实际情况，减少蒸汽吹灰的频次，有利于延长催化剂的使用寿命；

(3)加强仪表的维护，确保测点的准确性，加强对脱硝入出口CEMS的维护，以保证NOx测量的准确性；

(4)分区阀门2对应分区测点1、阀门1对应测点2、阀门3对应测点4、阀门4对应测点3，手动调整时需特别注意；

(5)对供氨系统改造，增加供氨控制小旁路，入口NOx较波动不大时，主路开度不变，采用小旁路精准控制控制；入口NOx较波动较大时，主路粗调，小旁路精准控制喷氨量，以利于出口NOx的稳定；

(6)取消“出口NOx低于10 mg/m3，延时10 s，速关阀关闭”的逻辑，建议修改为“只要SCR区温度满足脱硝投运要求，稀释风机运行，速关阀禁关”；

(7)反应器出入口NOx浓度、烟囱入口NOx浓度、分区测量NOx浓度、总风量、燃料量、锅炉氧量等对喷氨自动影响较大，在处理与之相关的测点缺陷时，需注意解除喷氨自动，以防止出口NOx大幅波动。

5 改造后的效果

针对脱硝系统精准分布改造调试过程中出现的问题，采用上述措施后对其试验，试验结果见表1。通过改造后，NOX排放浓度满足超低排放要求，脱硝效率提高6.2%，氨逃逸率教改造前降低1.02，长时间运行观察，较改造前降低1.02，长时间运行观察，空气预热器堵塞问题得到缓解，说明精准分区喷氨优化可实现NOx与NH3混合均匀。

表1脱硝系统精准分布改造后试验结果

(注：NOX排放浓度及氨逃逸系干基，6% O2状态下数据)

6 结束语

脱硝系统精准分布改造同时还不仅能提高脱硝效率，还能减缓空气预热器因NOx与NH3混合不均匀，氨逃逸率大，生成大量NH4HSO4堵塞的问题，不必因此频繁停机对空气预热器进行冲洗，提高了机组运行稳定性和经济性，值得推广，对改造调试过程中会出现一些问题，可参照文中所述措施解决。