基于實時監(jiān)控系統(tǒng)的脫硝運行優(yōu)化管理

徐勁松，邵媛

(華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟南 250014)

基于實時監(jiān)控系統(tǒng)的脫硝運行優(yōu)化管理

徐勁松，邵媛

(華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟南 250014)

通過實時監(jiān)控系統(tǒng)采集的選擇性催化還原技術(shù)(SCR)入口NOx質(zhì)量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等運行數(shù)據(jù)，建立若干計算模型?；谠撃Ｐ蛯崟r跟蹤各機組脫硝運行情況，并設(shè)置報警條件，建立脫硝系統(tǒng)報警機制，提醒電廠及時進行優(yōu)化調(diào)整。

SCR系統(tǒng)；實時監(jiān)控系統(tǒng)；運行優(yōu)化

0 引言

脫硝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于火電機組，目前脫硝系統(tǒng)管理主要集中在出口質(zhì)量濃度達標(biāo)管理以及停機后催化劑的檢查和活性檢測，對脫硝系統(tǒng)運行時優(yōu)化管理比較少或比較粗放，本文主要通過監(jiān)測脫硝入口NOx質(zhì)量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等參數(shù)，并建立若干計算模型，監(jiān)控脫硝系統(tǒng)運行情況，優(yōu)化脫硝系統(tǒng)運行管理。

1 SCR脫硝裝置的工作原理

選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，是利用還原劑在催化劑作用下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物NOx，主要是NO和NO2、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無害的氮氣和水，從而脫除煙氣中NOx的方法。

當(dāng)采用氨(NH3)作為還原劑時，其主反應(yīng)式如下。

在有氧的條件下

(1)

(2)

在無氧(或缺氧)的條件下

(3)

(4)

在脫硝反應(yīng)器中，發(fā)生的反應(yīng)主要為(1)，(2)，從反應(yīng)式可以看出，NO與NH3反應(yīng)的物質(zhì)的量比為1∶1，NO2與NH3反應(yīng)的物質(zhì)的量比為1∶2，因此需要確定煙氣中氮氧化物中NO與NO2的含量才能確定反應(yīng)需要的NH3。

火電廠燃煤鍋爐燃燒煙氣中(脫硝前)的氮氧化物NOx主要包括NO，NO2及少量的N2O，其中NO約占NOx排放總量的95%(體積分?jǐn)?shù))，NO2約占NOx排放總量的5%(體積分?jǐn)?shù))，N2O的含量很小，計算中忽略不計[1]。

2 數(shù)據(jù)來源

脫硝數(shù)據(jù)來源為機組脫硝現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)， 每隔10 s得到1個數(shù)據(jù)樣本。為了盡可能精確地建立脫硝運行監(jiān)測模型，選擇的數(shù)據(jù)包含了穩(wěn)定工況下的數(shù)據(jù)，當(dāng)機組停機或日均負荷低于額定容量的30%時，對數(shù)據(jù)進行剔除。

脫硝系統(tǒng)運行主要參數(shù)有脫硝反應(yīng)器出入口NOx質(zhì)量濃度、脫硝效率、出入口氧量、煙氣流量、噴氨量、催化劑壓差、反應(yīng)器溫度、氨逃逸質(zhì)量濃度等。這些參數(shù)中有邏輯關(guān)系的為：脫硝反應(yīng)器出入口NOx質(zhì)量濃度、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量，通過這幾個參數(shù)建立模型，并對其中的邏輯關(guān)系進行驗證，可以直觀反映脫硝系統(tǒng)運行情況。由于每套脫硝系統(tǒng)都含有A，B 2個脫硝反應(yīng)器，所以以下研究對象均以單側(cè)反應(yīng)器為例。

3 實際耗氨量與理論耗氨量的監(jiān)測對比模型建立

實際耗氨量為脫硝反應(yīng)器氨氣供應(yīng)質(zhì)量流量，理論耗氨量為通過脫硝入口NOx質(zhì)量濃度、脫硝效率和煙氣流量等參數(shù)計算的該工況下的所需要的耗氨量[2]。理想情況下，實際耗氨量應(yīng)該等于理論耗氨量，但由于表計偏差、噴氨不均等原因影響，實際耗氨量與理論耗氨量會有一定偏差，但偏差不能太大，否則說明系統(tǒng)存在一定的問題，需要進行優(yōu)化[3]。按照脫硝入口煙氣中NO和NO2體積分別占95%和5%計。

qm從監(jiān)控系統(tǒng)直接取值。

(5)

圖1 某機組A側(cè)脫硝反應(yīng)器實際耗氨量與理論耗氨量對比(截圖)

(6)

當(dāng)氨逃逸質(zhì)量濃度小于2.28 mg/m3時，氨逃逸量與耗氨量相比可忽略不計。

通過將運行機組每日的理論耗氨量與實際耗氨量形成曲線，可以監(jiān)控脫硝催化劑運行情況。當(dāng)(理論計算耗氨量-實際耗氨量)/實際耗氨量≥20%時，實際耗氨量偏小，應(yīng)采取相應(yīng)檢查處理措施；當(dāng)(實際耗氨量-理論計算耗氨量)/理論計算耗氨量≥20%時，實際耗氨量偏大，應(yīng)采取相應(yīng)檢查處理措施。某機組A側(cè)脫硝反應(yīng)器實際耗氨量與理論耗氨量對比如圖1所示。

對某臺機組A側(cè)脫硝反應(yīng)器實際耗氨量與理論耗氨量進行跟蹤，由圖1可以看出，實際噴氨量與理論噴氨量在某些時間段有較大偏差，在這些時間段需要對脫硝運行進行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過調(diào)整后，實際噴氨量與理論噴氨量吻合度較高，但是經(jīng)過一段時間運行后，還是會產(chǎn)生偏差，需要再次進行調(diào)整。通過不斷跟蹤監(jiān)視調(diào)整，可以將脫硝系統(tǒng)保持在最佳狀態(tài)運行，有利于延長催化劑的運行壽命。

4 氨氮比/脫硝效率的監(jiān)測對比模型

氨氮比為脫硝系統(tǒng)供氨量與入口氮氧化物量的摩爾比。當(dāng)煙氣中氮氧化物NO和 NO2體積分別占95%和5%，脫硝效率為100%時，氨氮比為反應(yīng)式中氮氧化物與氨的反應(yīng)摩爾比，因此可以將實際脫硝效率下的氨氮比折算成100%脫硝效率下的氨氮比，并與脫硝效率為100%的理論氨氮比進行比較。

實際氨氮比

(7)

理論氨氮比

(8)

將實際氨氮比與理論氨氮比同折算為脫硝效率為100%時的氨氮比，則

(9)

(10)

所以理論上，(氨氮比/脫硝效率)應(yīng)為1條直線，和煙氣中氮氧化物比例有關(guān)，當(dāng)煙氣中氮氧化物NO和NO2體積分別占95%和5%時，(氨氮比/脫硝效率)為1.05。如圖2所示，通過與直線進行比較，可以更直觀看出(實際氨氮比/脫硝效率)的變化規(guī)律。并設(shè)置理論曲線的上下限，上下浮動20%的范圍，上限為1.260，下限為0.875。通過實施跟蹤運行中(氨氮比/脫硝效率)，當(dāng)運行中數(shù)值比超過理論比例的上限與下限所包圍的區(qū)間時，對電廠發(fā)送提醒通知，提醒電廠進行優(yōu)化調(diào)整[4]。

圖2 實際氨氮比/脫硝效率與理論氨氮比/脫硝效率(無量綱)對比(截圖)

5 脫硝運行報警信息設(shè)置

利用公司內(nèi)部環(huán)保監(jiān)控平臺，引入各機組脫硝數(shù)據(jù)，生成各機組的(氨氮比/脫硝效率)曲線，并設(shè)置報警信息，按周或者月自動對超出上下限的機組進行報警。

考慮當(dāng)(實際氨氮比/脫硝效率)≥2.000時屬于比較嚴(yán)重的情況，此時氨氮比偏大，脫硝表計指示出現(xiàn)較大偏差或催化劑活性下降明顯，因此對該情況單獨設(shè)置報警。即當(dāng)最近1周內(nèi)某臺機組單側(cè)(實際氨氮比/脫硝效率)≥2.000的次數(shù)超過3次，對其進行報警。

當(dāng)(實際氨氮比/脫硝效率)超過上、下限時，對其自動報警，但考慮到電廠需要一定的處理時間，因此設(shè)置天數(shù)為10 d。即當(dāng)最近1月內(nèi)A/B側(cè)(實際氨氮比/脫硝效率)≥1.260的天數(shù)超過10 d時，報警；當(dāng)最近1月內(nèi)A/B側(cè)(實際氨氮比/脫硝效率)≤0.875的天數(shù)超過10 d時，報警。

報警自動形成反饋單發(fā)送到電廠，提醒電廠注意，進行優(yōu)化調(diào)整。通過這種方式，對公司內(nèi)各機組脫硝運行情況實時監(jiān)控，自動報警，發(fā)現(xiàn)脫硝運行中存在的問題，并及時進行優(yōu)化調(diào)整，保證脫硝系統(tǒng)工作在最佳狀況，對延長脫硝催化劑的使用壽命有較好的作用。

6 結(jié)束語

通過監(jiān)測脫硝入口NOx質(zhì)量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等參數(shù)，并建立若干計算模型，實時監(jiān)控脫硝系統(tǒng)運行情況，優(yōu)化脫硝催化劑運行管理。建立模型后，對各機組脫硝運行數(shù)據(jù)進行實時跟蹤，并自動生成報警，發(fā)送到電廠，提醒電廠及時進行優(yōu)化調(diào)整。

[1]田慶峰，顧英春，陳牧.SCR脫硝裝置氨消耗量的計算方法探討[J].電力勘測設(shè)計，2010(3):42-47.

[2]火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則:Q/DG 1-J004—2010[S].

[3]趙利，李志峰，萬季霖，等.SCR脫硝系統(tǒng)運行中存在的問題分析[J].華電技術(shù)，2016，38(6):71-72.

[4]雷達，金保升.氨氮比不均勻性對電站SCR系統(tǒng)脫硝效率的影響[J].鍋爐技術(shù)，2010，41(6):72-74.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2017-05-05；

:2017-08-20

TP 399

：B

：1674-1951(2017)09-0073-03

徐勁松(1969—)，男，山東棗莊人，高級工程師，工學(xué)碩士，從事發(fā)電行業(yè)環(huán)保管理工作(E-mail:xjs112233@163.com)。