淺談火電廠脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

溫國棟

【摘?要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，市場對于電力的需求量也在不斷增加，這就導(dǎo)致了燃煤火電機組裝機容量不斷增加，在這種情況下，氮氧化物的排放量也在逐年增加持續(xù)增長，從而對局部地區(qū)的環(huán)境污染問題造成嚴(yán)重的影響。面對這種情況，國家也加大了對燃煤電廠脫硝產(chǎn)業(yè)的重視和監(jiān)督力度，并針對性出臺了相關(guān)的法律和政策。實踐表明，燃煤電廠采用尿素制氨的選擇性催化還原脫硝技術(shù)是燃煤電廠應(yīng)用最廣且脫硝效率高的一項技術(shù)，具有較高的實用價值、運行安全性比較高、工藝設(shè)備比較現(xiàn)代化，能夠有效地減少成本投入，提升電廠的生產(chǎn)效益。

【關(guān)鍵詞】火電廠;脫硝;優(yōu)化

1 火電廠煙氣脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)的效益所遵守的原則

1.1 經(jīng)濟(jì)分析與評價的原則

在火電廠煙氣脫硝技術(shù)運用的過程中，應(yīng)該注重技術(shù)研究和分析，根據(jù)實際情況充分考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系。所以在火電廠生產(chǎn)過程中，應(yīng)該注重環(huán)保排放的要求，從經(jīng)濟(jì)的角度上對煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計和優(yōu)化，對技術(shù)設(shè)計方案進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)分析和研究，從而有效地降低工程造價。如此，才能有效地實現(xiàn)火電廠的經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益最大化原則

經(jīng)濟(jì)效益最大化與費用最小化之間有著直接的聯(lián)系，主要指火電廠在使用煙氣脫硝技術(shù)的時候，相關(guān)設(shè)備能夠在服務(wù)期內(nèi)有效、正常地運行，從而保證火電廠生產(chǎn)效益最大化，生產(chǎn)效益的最大會導(dǎo)致生產(chǎn)產(chǎn)量的擇增加，當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的價格不變的時候，能夠有效地實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。為了保證經(jīng)濟(jì)效益的最大化，火電廠不僅要保持煙氣脫硝技術(shù)運用的費用最少化，還要注重排污處理費用的最少化，人力資源投入費用的合理化，如此才能有效地保證火電廠的生產(chǎn)效益和質(zhì)量。

經(jīng)濟(jì)效益最大化與費用最小化之間有著直接的聯(lián)系，主要指火電廠在使用煙氣脫硝技術(shù)的時候，相關(guān)設(shè)備能夠在服務(wù)期內(nèi)有效、正常地運行，從而保證火電廠生產(chǎn)效益最大化，生產(chǎn)效益的最大會導(dǎo)致生產(chǎn)產(chǎn)量的增加，當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的價格不變的時候，能夠有效地實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。為了保證經(jīng)濟(jì)效益的最大化，火電廠不僅要保持煙氣脫硝技術(shù)運用的費用最少化，還要注重排污處理費用的最少化，人力資源投入費用的合理化，如此才能有效地保證火電廠的生產(chǎn)效益和質(zhì)量。.3 費用最小化原則

火電廠相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)該根據(jù)實際情況，對火電廠煙氣脫硝技術(shù)的各項費用進(jìn)行相應(yīng)的分析，例如對設(shè)備購置、安裝、維修、使用等方面的費用進(jìn)行相應(yīng)的分析和研究，避免運用火電廠煙氣脫硝技術(shù)的時候造成不必要的費用損失?；痣姀S煙氣脫硝技術(shù)作為一項新型技術(shù)，要保證其高效、快速地運行，必須要遵循費用最小化原則，如此才能有效地保證火電廠的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益，便于滿足市場的實際需求。

2 火電廠實際使用的脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 脫硝噴氨控制系統(tǒng)的設(shè)備現(xiàn)狀

目前很多脫硝噴氨機組投入使用以后，NOX變換范圍比較大，并且來回振蕩非常不穩(wěn)定，但是為了應(yīng)付國家考核，很多機組在使用時單方面的將NOX設(shè)定值減小，以降低NOX使用時出現(xiàn)偏差過大的問題，為氨氣外泄埋藏了危機。目前很多脫硝噴氨機組投入使用以后，NOX變換范圍比較大，并且來回振蕩非常不穩(wěn)定，但是為了應(yīng)對國家考核，很多機組在使用時單方面的將NOX設(shè)定值減小，以降低NOX出現(xiàn)偏差過大的問題，為氨氣外泄埋藏了危機。

（1）噴氨調(diào)節(jié)閥門不具備線性調(diào)節(jié)能力，無法有效滿足氨氣的適量供應(yīng)，熱解尿素的調(diào)節(jié)閥，不能自動調(diào)節(jié)，間接制約氨氣催化作用的發(fā)揮。

（2）脫硝使用的催化通道橫截面積過大，無法達(dá)到NOX、氧均勻分布，無法將催化還原反應(yīng)達(dá)到最大的結(jié)果。

（3）尿素?zé)峤鈺r產(chǎn)生的氨氣通過氨氣控制閥門控制，目前大部分設(shè)計都不能實現(xiàn)自動化，無法實現(xiàn)程序的全部運行，造成氨氣的浪費。

2.2 脫硝噴氨控制系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍的研究

脫硝噴氨控制系統(tǒng)工作狀態(tài)下，被控制的對象響應(yīng)遲鈍，響應(yīng)時間短的有3分鐘，長可以達(dá)到20分鐘以上，造成控制周期冗長，非常不利于脫硝的進(jìn)行。主要的原因是：

（1）整個脫硝機組運行復(fù)雜，但是脫硝控制部分邏輯設(shè)計相對簡便無法與復(fù)雜系統(tǒng)實現(xiàn)有效對接，不能適應(yīng)隨時出現(xiàn)的運行狀況。

（2）脫硝系統(tǒng)運行時SCR出口的NOX濃度和進(jìn)口濃度處于時刻變化狀態(tài)，濃度的變化勢必會造成兩邊濃度差，造成被控對象的響應(yīng)判斷出現(xiàn)誤差，從而影響判斷結(jié)果。

（3）脫硝控制系統(tǒng)運行中，不能及時進(jìn)行前饋作用，導(dǎo)致無法及時對機組出現(xiàn)的變化做出合理的修改以應(yīng)對變化。

（4）脫硝噴氨控制系統(tǒng)的計算只考慮到氣體濃度的摩爾質(zhì)量之比，考慮方式比較單一，造成達(dá)不到理想的控制效果。

3 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)整

3.1選擇性催化還原（SCR）脫硝

SCR（Selective Catalytic Reduction）是由美國Eegelhard公司發(fā)明并于1959年申請了專利，而日本率先在20世紀(jì)70年代對該方法實現(xiàn)了工業(yè)化。SCR脫硝原理是利用NH3和催化劑（鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬）在溫度為200～450℃時將NOX還原為N2。NH3具有選擇性，只與NOX發(fā)生反應(yīng)，基本上不與O2反應(yīng)，所以稱為選擇性催化還原脫硝。

SCR法中催化劑的選取是關(guān)鍵。對催化劑的要求是活性高、壽命長、經(jīng)濟(jì)性好和不產(chǎn)生二次污染。在以氨為還原劑來還原NOX時，雖然過程容易進(jìn)行，銅、鐵、鉻、錳等非貴金屬都可起有效的催化作用，但因煙氣中含有SO2、塵粒和水霧，對催化反應(yīng)和催化劑均不利，故采用SCR法必須首先進(jìn)行煙氣除塵和脫硫，或者是選用不易受骯臟煙氣污染影響的催化劑;同時要使催化劑具有一定的活性，還必須有較高的煙氣溫度。通常是采用二氧化鈦為基體的堿金屬催化劑，最佳反應(yīng)溫度為300～400℃。

該法的優(yōu)點是：由于使用了催化劑，故反應(yīng)溫度較低;凈化率高，選擇性催化還原（SCR）技術(shù)脫銷效率可高達(dá)90%。;工藝設(shè)備緊湊，運行可靠;還原后的氮氣放空，無二次污染。

但也存在一些明顯的缺點：煙氣成分復(fù)雜，某些污染物可使催化劑中毒;高分散的粉塵微?？筛采w催化劑的表面，使其活性下降;系統(tǒng)中存在一些未反應(yīng)的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞設(shè)備的（NH4）2SO4和NH4HSO4，同時還會降低氨的利用率;投資與運行費用（投資費用80美元/千瓦）較高。

3.2修改CEMS系統(tǒng)維護(hù)時間，避免AB兩側(cè)脫硝出口CEMS系統(tǒng)同時維護(hù)，實現(xiàn)分時校驗，確保儀表自檢定不同期。在DCS系統(tǒng)進(jìn)行邏輯修改，當(dāng)脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物一側(cè)CEMS系統(tǒng)維護(hù)時，采用另外一側(cè)測量值進(jìn)行修正后參與自調(diào)計算。當(dāng)脫硝系統(tǒng)出口氮氧化物CEMS系統(tǒng)維護(hù)時，DCS控制器跟蹤脫硫側(cè)氮氧化物數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

3.3在脫硝系統(tǒng)AB兩側(cè)各增加一路旁路噴氨管路，運行時當(dāng)噴氨系統(tǒng)發(fā)生故障時，切除故障管路，投入備用旁路。噴氨管路冗余設(shè)置，增加系統(tǒng)的可靠性，避免噴氨系統(tǒng)故障導(dǎo)致的氮氧化物超標(biāo)。

3.4將脫硝CEMS系統(tǒng)電子間從原來的稀釋風(fēng)機層，移至噴氨調(diào)門層，縮短CEMS系統(tǒng)氮氧化物測量管路的距離，較少系統(tǒng)測量延遲，提高控制系統(tǒng)反應(yīng)時間。

3.5通過分析歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)啟動機組磨煤機時，脫硝入口的氮氧化物數(shù)值會大幅增加，在脫硝控制系統(tǒng)中將磨煤機狀態(tài)作為前饋信號，當(dāng)磨煤機啟動后一段時間，通過前饋信號，適當(dāng)增大脫硝系統(tǒng)噴氨量。

3.6根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析，確定了在不同負(fù)荷區(qū)間采用不同的PID調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)，增加了PID變參數(shù)邏輯，同時調(diào)整負(fù)荷以及引風(fēng)機電流等信號在自調(diào)邏輯中前饋比例。

3.7冬季氨流量計、氨調(diào)整門堵塞較多，把流量計前部分氨氣管路通過尾部煙道預(yù)熱，提高氨氣溫度。同時在氨流量計前加濾網(wǎng)，并定期清理濾網(wǎng)。

3.8為避免脫硝控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器積分飽和現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)調(diào)節(jié)系數(shù)高限值增加調(diào)門開度來滿足噴氨需求量。

4 結(jié)束語

火電廠煙氣脫硝技術(shù)作為一項新型技術(shù)，不僅能夠提升火電廠的經(jīng)濟(jì)效益，還能有效地提升火電廠的環(huán)保效益和社會效益，具有較高的實用價值。從國民經(jīng)濟(jì)評價的角度上來看，火電廠煙氣脫硝技術(shù)有助于改善以往火電廠的周邊環(huán)境狀況，減少環(huán)境污染，提升周圍人群的生活質(zhì)量，為區(qū)域電力建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，非常值得在電力生產(chǎn)中運用和推廣。

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[2]高惠雅，鄭航麟.鍋爐煙氣脫硫脫硝綜合治理技術(shù)分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2019，（4）：40.

（作者單位：山西大唐國際臨汾熱電有限責(zé)任公司）