淺析燃煤發(fā)電廠脫硝控制技術(shù)

【摘要】目前環(huán)境保護已然成為全社會關(guān)注的焦點，而作為火力燃煤發(fā)電機組煙氣排污的主要污染物NOx更成為了焦點中的焦點。如何降低火力燃煤發(fā)電機組NOx的排放總量成為火力燃煤發(fā)電機組脫硝技術(shù)研究的熱點問題，從低氮燃燒的設計到SCR煙氣脫硝技術(shù)的普遍應用，低氮排放技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了多年的發(fā)展。雖然理論設計已經(jīng)相當成熟，但是在實際應用中還存在許多問題。本文結(jié)合火力燃煤發(fā)電機組SCR煙氣脫硝技術(shù)實際應用情況，主要介紹了火力燃煤發(fā)電機組選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)，并針對其工業(yè)控制過程中存在的問題提出了作者的一些優(yōu)化意見。

【關(guān)鍵詞】方案；控制；優(yōu)化；

1、引言

目前我國化石能源消耗主要是以消耗煤炭能源為主的能源消耗，約占全部能源消耗的75%。由煤產(chǎn)生的NOx（氮氧化物）污染約占所有NOx污染的比例高達67%。在新能源普及應用之前此格局還將持續(xù)相當長的一段時間，而火力燃煤發(fā)電機組仍然占據(jù)很大份額。火力燃煤發(fā)電機組燃燒所釋放出廢氣中含有大量的有害物質(zhì)NOx，我國火力燃煤發(fā)電機組因消耗煤炭而產(chǎn)生的NOx約占全球的3.1%。如此大量排放不但會污染環(huán)境，引起生態(tài)失去平衡，而且直接影響人體的健康。如何降低火發(fā)電燃煤機組的NOx成了我們目前必須面對的問題。為此行業(yè)技術(shù)人員研究設計了低氮燃燒器技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。本文主要介紹后者在實際應用中存在的問題并從過程控制方面提出了一些改進的意見。

2、火力燃煤發(fā)電機組選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)

無論在燃燒階段應用何種先進的低氮燃燒技術(shù)，燃燒后的煙氣中還是會含有大量的NOx，為了將NOx的排放降低至環(huán)保要求，一種叫做選擇性催化還原法（SCR）的脫硝技術(shù)正廣泛的應用于火力燃煤發(fā)電機組。其NOx的脫除率可達到80%～90%，已成為目前國內(nèi)外火力燃煤發(fā)電機組脫硝應用較廣泛的技術(shù)。

2.1 SCR脫硝技術(shù)原理

SCR技術(shù)是還原劑（液氨）在一定溫度下與催化劑作用，選擇性地與氮氧化物發(fā)生化學反應，生成無害的氮氣和水，而不是被氧氣所氧化，因此被稱為“選擇性催化還原法”。主要反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→6N2+6H?2O

2.2 SCR運行中的主要影響因素

在SCR系統(tǒng)設計中，我們技術(shù)人員主要關(guān)注的運行參數(shù)是SCR反應器入口的煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、鈍化影響以及氨逃逸率。

SCR反應器入口煙氣溫度高低對選擇催化劑至關(guān)重要。因為催化反應只能在一定的溫度范圍內(nèi)進行，否則催化劑會失效，影響脫硝效率，嚴重時會堵塞空預器，因此煙氣溫度直接影響反應的進程；煙氣流速方面主要影響的是氨氣與NOx的混合程度，流速設計合理了才能保證氨氣與NOx混合充分；氨逃逸率也應該是我能必須加以關(guān)注的一個重要參數(shù)，實際被噴射進入系統(tǒng)的氨氣量往往都是有余量的，反應多余的氨被稱為氨逃逸，雖然氨逃逸量的增加會使反應充分，在某種程度上會提高脫硝效率，但是氨逃逸過大的話，就會大量增加氨使用量，造成浪費，嚴重時還會導致空預器堵塞；同時氧氣濃度的增加對催化劑性能的提高有很大的影響，能使催化劑的效能達到最佳值。

脫硝系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)及保護系統(tǒng)必須根據(jù)上述特點進行分析及設計，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，但是恰恰這些因素又是難以掌控的，所以給整個脫硝系統(tǒng)過程控制方面帶來了諸多問題，成為了脫硝技術(shù)迅速發(fā)展中的絆腳石。

3、SCR脫硝控制方案

根據(jù)系統(tǒng)工藝流程我們主要設計了幾個模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但其中最為重要的也是核心的控制就是對SCR反應器NH3流量的控制，也是最大的難點。現(xiàn)場調(diào)門的好壞也至關(guān)重要，因為管道直徑不大，調(diào)門稍稍擺動就會產(chǎn)生很大的流量波動。固定摩爾比控制法和反應器出口NOx定值控制法，是我們在工程實踐中比較常用的兩種方法。

3.1 固定摩爾比控制方案

3.1.1控制過程

氨氣流量的計算式很好理解，只要測得反應器入口煙氣流量及氮氧化物濃度，我們再乘上摩爾比即可得到我們需要的氨氣流量。

煙氣脫硝系統(tǒng)是通過固定的NH3/NOx摩爾比來控制所需要噴入的氨氣量的。算得氨氣流量信號直接作為給定值送入PID控制器與現(xiàn)場實測的氨氣流量做比較，經(jīng)PID控制器運算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開度從而實現(xiàn)對氨氣流量的調(diào)節(jié)與控制。

3.1.2控制過程中的優(yōu)缺點

由于煙氣流量實際波動較大常規(guī)儀表很難準的確測量，而且煙氣流量與負荷變化的函數(shù)變化關(guān)系又不是很明朗，難以定量描述，現(xiàn)有的技術(shù)手段很難準確預知煙氣流量的變化；NOx測量時需要經(jīng)過CEMS系統(tǒng)處理，其測量系統(tǒng)中的預處理時間較長導致NOx信號存在較長時間滯后問題；長時間運行后的煙道兩側(cè)催化劑的活性出現(xiàn)較大差異，使得原來設計的參數(shù)變得不再適應；大負荷變化期間預噴氨控制，將煙氣中的氧量信號用作預示負荷變化的超前信號，對噴氨調(diào)門的控制有所幫助，但由于脫硝系統(tǒng)存在明顯的NOx分析儀響應滯后的問題，所以還是不能取得特別好的效果；由于CEMS系統(tǒng)中氧量信號測量存在大遲延且CEMS定時反吹對氧量處理影響較大，建議將氧量信號改為氧化鋯直接測量，效果會更好一些。

3.2 出口NOx定值控制方案

3.2.1控制過程

顧名思義我們就是要始終保持SCR反應器出口NOx的恒定。其實反應器出口NOx定值控制法與固定摩爾比的控制法在主回路原理上基本相同，主要的區(qū)別在于摩爾比是個變值，往往還需修正，摩爾比與反應器出口NOx值以及機組負荷還得相適應，規(guī)律不明顯，控制難度較大。

3.2.2控制工程中的優(yōu)缺點

機組長時間運行以后催化劑的催化效果就會發(fā)生改變，而且煙道兩側(cè)也會有差別，即使在鍋爐負荷已不變的條件下，反應器出口NOx濃度也會長時間波動，所以采用固定脫硝裝置出口NOx方式作為控制時，還應該考慮對這種波動情況進行補償。這種控制方式在負荷、風量、煤質(zhì)大幅度波動時調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，不能適應全工況過程調(diào)節(jié)；同時固定摩爾比過程控制中存在的問題在此種方案上也不能很好的解決。

3.3 串級控制方案

為了解決以上兩種控制方案的弊端，為此我們采用了傳統(tǒng)的串級控制方案。

3.3.1控制過程。

我們將SCR反應器效率作為主調(diào)，噴氨流量作為副調(diào)。負荷以及SCR反應器入口NOx作為副調(diào)的設定值修正。副調(diào)的設定值同時作為副調(diào)執(zhí)行器輸出的前饋修正。為了使運行人員便于控制，我們在邏輯中將SCR反應器出口NOx的含量經(jīng)過函數(shù)計算作為主調(diào)的設定值。

3.3.2控制工程中的優(yōu)缺點

此控制方案中采用液氨流量測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煙氣流量測量，實際運行中液氨流量測量值波動較小，能夠及時反映進入SCR反應器的液氨瞬時流量；串級控制中兼顧SCR反應器出、入口NOx，更能實時監(jiān)測SCR反應器內(nèi)部的運行工況，便于運行人員操作；取消了繁瑣的計算原理，便于技術(shù)人員在線實時的調(diào)整各項參數(shù)；由于調(diào)節(jié)時仍舊需要測量NOx含量，對系統(tǒng)影響較大，而煙氣排污后主要考核位置在煙囪出口的NOx，建議將出口NOx引入控制系統(tǒng)作為副調(diào)控制器輸出的前饋；在實際控制噴氨調(diào)門時應根據(jù)設計參數(shù)設置噴氨調(diào)門的上限或者將氨逃逸或者氨泄露越限報警信號作為噴氨調(diào)門的開啟的限制條件，防止噴氨流量過大導致空預器堵塞或者氨泄漏事故。

火力燃煤發(fā)電機組脫硝SCR系統(tǒng)作為一項重要的環(huán)保技術(shù)，在實踐運行中還需要更多的經(jīng)驗積累。很多具體的工程還應該根據(jù)自身特點及要求進行優(yōu)化，只有不斷的在實踐中檢驗才能真正推動我們技術(shù)的進步，以提高脫硝控制水平，滿足企業(yè)對自動化水平日益增長的需求。

4、結(jié)論

本文詳細的介紹了火力燃煤發(fā)電機組SCR采用的兩種常規(guī)的控制方案，并總結(jié)其實際現(xiàn)場應用中的不足之處，最后針對兩種控制方案的弊端提出了一種改進的串級控制方案，對于同類的工程控制中具有一定的借鑒價值。

參考文獻

閔兆儉（1983，2-），男，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，畢業(yè)于東北電力大學，學士學位，助理工程師，專業(yè)為控制科學工程，現(xiàn)從事火電廠熱控專業(yè)工作。