火電廠脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改進(jìn)措施

劉宗奎，許曉敬 ，侯曉亮

（1.國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司技術(shù)信息中心；2.國(guó)家電投集團(tuán)鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 鄭州 450001；3.國(guó)家電投集團(tuán)湖北分公司，湖北 武漢 430000）

國(guó)內(nèi)某發(fā)電廠采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG670/13.7-20 型鍋爐，超高壓、自然循環(huán)、單爐膛四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、半露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、“π”型布置煤粉固態(tài)排渣鍋爐，機(jī)組啟動(dòng)停爐使用等離子點(diǎn)火。1#機(jī)組脫硝系統(tǒng)于2014 年11 月30日投運(yùn)，2#機(jī)組脫硝系統(tǒng)于2014 年10 月18 日投運(yùn)。SCR 脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)催化劑層按照2+1 層設(shè)計(jì)，催化劑的型式采用蜂窩式。

1 脫硝改造后存在的問題

1.1 脫硝改造后機(jī)組啟動(dòng)達(dá)標(biāo)排放超限

脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以來，通過對(duì)1#爐和2#爐啟動(dòng)過程進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)后出現(xiàn)NOx 超限情況，機(jī)組運(yùn)行中未發(fā)生氮氧化物超標(biāo)排放。

表1 1#爐啟動(dòng)記錄

表2 2#爐啟停記錄

1.2 脫硝自動(dòng)方面存在的問題

長(zhǎng)期以來對(duì)，SCR 脫硝系統(tǒng)的研究主要針對(duì)其物理原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式方面，卻一直忽略了對(duì)脫硝自動(dòng)控制策略的研究，而事實(shí)上，脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)控制品質(zhì)與電廠的長(zhǎng)期運(yùn)行成本密切相關(guān)。但是，部分火電機(jī)組的SCR 脫硝控制系統(tǒng)由于控制策略設(shè)計(jì)不完善、控制目標(biāo)不明確、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件等問題，系統(tǒng)的自動(dòng)投入率和投入效果均較差，使得整個(gè)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行性能受到了明顯的影響。

2 全負(fù)荷達(dá)標(biāo)排放運(yùn)行優(yōu)化

2.1 點(diǎn)火前優(yōu)化措施

每次停爐將原煤倉(cāng)燒空，最少每臺(tái)磨煤機(jī)保證一個(gè)原煤倉(cāng)燒空。機(jī)組啟動(dòng)優(yōu)化啟動(dòng)煤種要求，A 倉(cāng)煤質(zhì)（華亭煤）：空干基揮發(fā)分Vad 30%、收到基低位熱量4500 大卡以上。B倉(cāng)上部可根據(jù)情況選用華亭煤或一般高質(zhì)煤（空干基揮發(fā)分Vad 20%以上、收到基低位熱量4200 大卡以上）。目的在于在保證等離子著火良好的前提下，降低燃用煤質(zhì)，以達(dá)到提高煙溫的目的。

2.2 點(diǎn)火后優(yōu)化措施

（1）為提高排煙溫度，整個(gè)沖轉(zhuǎn)暖機(jī)過程中鍋爐啟動(dòng)風(fēng)量按最低風(fēng)量控制（270t/h 左右），嚴(yán)防風(fēng)量過低保護(hù)動(dòng)作。燃燒穩(wěn)定后，通過全關(guān)低溫過熱器側(cè)煙氣擋板提高SCR 入口煙溫，通過試驗(yàn)全關(guān)低溫過熱器側(cè)煙氣擋板可提升SCR 煙溫10 ～15℃。

（2）點(diǎn)火后要充分發(fā)揮低氮燃燒器效用，通過燃燒調(diào)整，控制SOFA 風(fēng)門開度，盡可能控制脫硝入口NOx 在200mg/Nm3以內(nèi)。

2.3 沖轉(zhuǎn)后優(yōu)化措施

（1）3000rpm 定速后，增啟1#一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，增投燃燒器，鍋爐強(qiáng)化燃燒，盡量開大汽機(jī)高旁（嚴(yán)密監(jiān)視高排后溫度不超限），并網(wǎng)前A 層至少投入4 個(gè)燃燒器。通過進(jìn)一步暖機(jī)升參數(shù)，一方面充分暖機(jī)達(dá)到振動(dòng)平穩(wěn)的目的；另一方面，要滿足并網(wǎng)高參數(shù)要求。

（2）沖轉(zhuǎn)至并網(wǎng)約需7 小時(shí)左右，按照SCR 入口煙溫≥280℃標(biāo)準(zhǔn)開始噴氨，控制凈煙NOx ＜100mg/Nm3。同時(shí)，根據(jù)NOx 濃度和氨逃逸水平嚴(yán)格控制噴氨量，防止過量噴氨。

表3 鍋爐燃煤分析項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

2.4 并網(wǎng)后優(yōu)化措施

（1）并網(wǎng)后保持一、二級(jí)旁路大開度，繼續(xù)加強(qiáng)燃燒，升壓至6MPa 以上，汽溫按照過熱度150℃控制。并網(wǎng)后及時(shí)做好2#磨煤機(jī)的啟動(dòng)準(zhǔn)備工作，負(fù)荷帶至40MW，啟動(dòng)2#磨煤機(jī)運(yùn)行。

（2）機(jī)組帶至穩(wěn)定負(fù)荷（120MW）后，對(duì)SCR 催化劑進(jìn)行一次蒸汽吹灰。

圖1 SCR 自動(dòng)控制總體方案原理圖

（3）正常運(yùn)行期間合理地降低鍋爐氧量，降低SCR 入口氮氧化物，減少噴氨量，將尿素使用率作為考核脫硝運(yùn)行水平的重要指標(biāo)，從源頭控制將脫硝運(yùn)行給鍋爐尾部受熱面帶來的不利影響降到最小，月尿素使用率維持在較好水平。

3 脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

（1）在副環(huán)中引入測(cè)點(diǎn)吹掃干擾抑制函數(shù)，可以消除吹掃過程對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)失真的干擾，NOx 濃度的數(shù)據(jù)采用軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

（2）副環(huán)中引入系統(tǒng)前饋信號(hào)，可以預(yù)先消除大的參數(shù)變化，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高SCR 自動(dòng)控制系統(tǒng)的魯棒性。煙氣流量反映機(jī)組負(fù)荷變化和SCR 入口NOx 濃度變化，反映了不同負(fù)荷下對(duì)脫硝過程的氨/氮摩爾比的需求；爐內(nèi)燃燒NOx 生成預(yù)估模型則反映了由于爐內(nèi)煤粉燃燒過程組織方式不同對(duì)煙氣中NOx 生成的影響，其影響因素主要有機(jī)組負(fù)荷（反映爐內(nèi)燃燒溫度水平）、氧量（過量空氣系數(shù)）、各二次風(fēng)量（或二次風(fēng)門組合方式）、燃料成分（主要是揮發(fā)分、收到基氮含量）。這些前饋信號(hào)反映了鍋爐爐內(nèi)燃燒完成后、進(jìn)入SCR 反應(yīng)器之前，對(duì)煙氣NOx 濃度的影響。

（3）在主環(huán)中設(shè)置PID 參數(shù)自動(dòng)調(diào)整模型，SCR 反應(yīng)器脫硝過程動(dòng)態(tài)特性的變化，使自動(dòng)控制系統(tǒng)PID 參數(shù)與對(duì)象動(dòng)態(tài)特性相匹配，提高系統(tǒng)的魯棒性。由于鍋爐煙氣中NOx的生成與多種因素有關(guān)，SCR 反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生還原煙氣NOx 的過程與煙氣溫度、氨/氮摩爾比、催化劑性能有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過制定機(jī)組啟停和特殊工況的鍋爐運(yùn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)后全負(fù)荷氮氧化物達(dá)標(biāo)排放，采用智能前饋技術(shù)和有效控制煙囪出口NOX小時(shí)均值，準(zhǔn)確控制噴氨量，減少氨逃逸和氨消耗量，防止空預(yù)器和布袋除塵器堵塞，進(jìn)一步降低廠用電率。