河源電廠SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)DCS控制策略

徐冠男

【摘要】本文針對(duì)廣東河源電廠600MW火電機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)，通過對(duì)SCR煙氣脫硝工作原理及工藝流程的分析，結(jié)合電廠實(shí)際生產(chǎn)情況，論述了SCR反應(yīng)區(qū)的DCS控制策略。

【關(guān)鍵詞】脫硝；SCR；DCS；控制策略

近年來，控制燃煤電廠的氮氧化物排放已經(jīng)成為我國(guó)環(huán)保一個(gè)迫在眉睫的問題。選擇性催化還原SCR煙氣脫硝技術(shù)由于其技術(shù)成熟、脫硝率高、幾乎無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)之一。

1.SCR脫銷系統(tǒng)的工作原理

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）是采用氨氣作為還原劑，在合適的溫度條件及催化劑的作用下，有選擇的把煙氣中的NOx還原為無毒無污染的氮?dú)夂退＿@種還原反應(yīng)在低溫下的反應(yīng)速度很慢，為了加快其反應(yīng)速度，在實(shí)際使用中可以使用催化劑，在300℃～400℃（約為鍋爐省煤器出口至空預(yù)器入口處的煙溫）可以取得最佳的反應(yīng)效果，在此條件下脫硝效率可以達(dá)到95%以上。

2.SCR脫銷系統(tǒng)的工藝流程

本工程脫硝系統(tǒng)分為氨區(qū)制氨系統(tǒng)和SCR反應(yīng)區(qū)系統(tǒng)。

2.1氨區(qū)制氨系統(tǒng)

液氨由液氨槽車送來后，經(jīng)氣液分離器、卸料壓縮機(jī)卸入液氨儲(chǔ)罐。液氨在蒸發(fā)槽中經(jīng)蒸汽加熱后，制成氨氣，經(jīng)減壓后進(jìn)入到緩沖槽內(nèi)，緩沖后氨氣直接輸送至反應(yīng)區(qū)。

2.2 SCR反應(yīng)區(qū)系統(tǒng)

氨氣與空氣進(jìn)入氨/空氣混合器內(nèi)混合，經(jīng)過供氨流量調(diào)節(jié)閥，通過反應(yīng)區(qū)控制邏輯調(diào)節(jié)合適的供氨流量，在催化劑的作用下與NOx反應(yīng)，使脫硝出口NOx達(dá)到環(huán)保要求。

3.脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)控制策略

SCR脫硝技術(shù)最終目標(biāo)是保證出口NOx滿足環(huán)保要求，增加催化劑的使用壽命、降低氨逃逸率、降低空氣預(yù)熱器上的沉積物和腐蝕。因此，采用合理的控制策略就成為提高SCR系統(tǒng)效率的關(guān)鍵，提高SCR系統(tǒng)反應(yīng)效率主要滿足四個(gè)條件：適當(dāng)?shù)墓┌绷髁浚缓线m的反應(yīng)溫度；較高的催化劑活性；恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)煙氣和催化劑接觸時(shí)間，其中供氨流量是可控變量，供氨流量控制成為提高系統(tǒng)反應(yīng)效率的關(guān)鍵。

目前，常見的供氨流量控制方式共分為兩種：一種是固定NH3/NOx摩爾比來確定所需的氨氣流量，一旦脫硝效率確定，則NH3/NOx摩爾比通過實(shí)驗(yàn)曲線即可得知，反應(yīng)器入口NOx濃度和煙氣流量的乘積得到NOx流量信號(hào)，此信號(hào)乘以所需NH3/NOx摩爾比就是所需供氨流量；另一種根據(jù)變NH3/NOx摩爾比的方式來控制供氨流量，即由反應(yīng)器入口和出口煙氣中NOx含量來確定所需的供氨流量。前者控制方式控制回路簡(jiǎn)單，易于調(diào)試和實(shí)現(xiàn)，但控制效果較差，會(huì)出現(xiàn)過度脫氮或氨逃逸，增加運(yùn)行成本；后者控制方式增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)運(yùn)行更為經(jīng)濟(jì)，但控制邏輯較為復(fù)雜，增加了系統(tǒng)調(diào)試和整定的困難。

我廠從環(huán)保要求及成本控制的角度考慮，采用變NH3/NOx摩爾比的方式來控制供氨流量?？刂扑悸肥钱?dāng)SCR系統(tǒng)投入自動(dòng)方式時(shí)，根據(jù)SCR反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)出口煙氣的NOx濃度、O2含量、煙氣流量等相關(guān)煙氣參數(shù)以及脫硝率、摩爾比計(jì)算出所需的供氨量，調(diào)節(jié)供氨調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)供氨量。

根據(jù)反應(yīng)器出口NOx濃度和反應(yīng)器出口NOx濃度設(shè)定值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計(jì)算，得到NH3/NOx摩爾比并進(jìn)行修正。SCR反應(yīng)器入口煙氣流量經(jīng)入口煙氣壓力和溫度修正計(jì)算后，得到入口煙氣流量修正值。實(shí)際操作中也可根據(jù)工作狀況選用入口煙氣流量理論值替代入口煙氣流量修正值。入口煙氣流量理論值就是根據(jù)鍋爐負(fù)荷做的函數(shù)對(duì)應(yīng)值，具體函數(shù)要在調(diào)試中根據(jù)總風(fēng)量和鍋爐負(fù)荷曲線來確定。根據(jù)脫硝入口煙氣流量修正值或理論值，入口NOx濃度和出口NOx濃度設(shè)定值計(jì)算得到NH3耗量的理論計(jì)算值，再用NH3/NOx摩爾比修正值、機(jī)組負(fù)荷修正NH3耗量值，然后根據(jù)供氨流量，經(jīng)PI計(jì)算得到供氨調(diào)門開度，依據(jù)計(jì)算得到的開度來對(duì)供氨流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到設(shè)定的脫硝效率或設(shè)定的脫硝出口NOX濃度，完成閉環(huán)控制。PID控制中相關(guān)的計(jì)算公式如下：

（1）反應(yīng)器入口與出口NOx折算后濃度計(jì)算方法：

煙氣中NOx的濃度（干基、標(biāo)態(tài)、6%O2）計(jì)算方法為：

NOx（mg/Nm3）：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%氧量、干煙氣下NOx濃度，mg/Nm3；NO2（mg/Nm3）：實(shí)測(cè)干煙氣中NO2濃度，mg/Nm3；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在煙氣所含NOx中，NO約占95%，NO2約占5%，在煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)CEMS系統(tǒng)中，通過NO2轉(zhuǎn)換器已將煙氣中NO全部轉(zhuǎn)換為NO2，故CEMS系統(tǒng)可直接提供NO2濃度）；O2：實(shí)測(cè)干煙氣中氧含量，%。

（2）脫硝效率

脫硝效率計(jì)算方法：

式中：

C1：脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝反應(yīng)器入口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）；C2：脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝反應(yīng)器出口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）。

（3）氨逃逸濃度。氨逃逸濃度是指在脫硝反應(yīng)器出口的氣態(tài)氨濃度（標(biāo)態(tài)，干基、6%O2）。

（4）氨耗量計(jì)算方法。q mNH3=17/46*（入口NOx-出口NOx）*qvg*（21-α）/（21-6）/1000000；q mNH3——NH3的流量，kg/h；qvg———煙氣流量（標(biāo)態(tài)，干基，實(shí)際氧）Nm3/h；α————實(shí)際O2量；17/46——NH3和NO2的分質(zhì)量之比。

4.結(jié)束語

本文闡述了SCR脫硝的工作原理，并針對(duì)廣東河源電廠600MW火電機(jī)組脫硝改造項(xiàng)目，詳述了SCR脫硝改造的工藝流程及反應(yīng)區(qū)控制策略。合適的控制策略可以有效地降低煙氣中氮氧化物的排放量，減少大氣污染，達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求，并節(jié)約原料，降低生產(chǎn)成本。因此，如何進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，提高脫硝效率，將是我們?nèi)蘸蟮闹匾芯糠较颉?/p>

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