【摘要】目前環(huán)境保護(hù)已然成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，而作為火力燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣排污的主要污染物NOx更成為了焦點(diǎn)中的焦點(diǎn)。如何降低火力燃煤發(fā)電機(jī)組NOx的排放總量成為火力燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，從低氮燃燒的設(shè)計(jì)到SCR煙氣脫硝技術(shù)的普遍應(yīng)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(shè)計(jì)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題。本文結(jié)合火力燃煤發(fā)電機(jī)組SCR煙氣脫硝技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況，主要介紹了火力燃煤發(fā)電機(jī)組選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)，并針對(duì)其工業(yè)控制過(guò)程中存在的問(wèn)題提出了作者的一些優(yōu)化意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】方案；控制；優(yōu)化；

1、引言

目前我國(guó)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(dá)67%。在新能源普及應(yīng)用之前此格局還將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，而火力燃煤發(fā)電機(jī)組仍然占據(jù)很大份額?；鹆θ济喊l(fā)電機(jī)組燃燒所釋放出廢氣中含有大量的有害物質(zhì)NOx，我國(guó)火力燃煤發(fā)電機(jī)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(huì)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(jī)組的NOx成了我們目前必須面對(duì)的問(wèn)題。為此行業(yè)技術(shù)人員研究設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題并從過(guò)程控制方面提出了一些改進(jìn)的意見(jiàn)。

2、火力燃煤發(fā)電機(jī)組選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)

無(wú)論在燃燒階段應(yīng)用何種先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，燃燒后的煙氣中還是會(huì)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(yīng)用于火力燃煤發(fā)電機(jī)組。其N(xiāo)Ox的脫除率可達(dá)到80%～90%，已成為目前國(guó)內(nèi)外火力燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝應(yīng)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(xué)反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)夂退皇潜谎鯕馑趸?，因此被稱(chēng)為“選擇性催化還原法”。主要反應(yīng)如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→6N2+6H?2O

2.2 SCR運(yùn)行中的主要影響因素

在SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們技術(shù)人員主要關(guān)注的運(yùn)行參數(shù)是SCR反應(yīng)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(yīng)器入口煙氣溫度高低對(duì)選擇催化劑至關(guān)重要。因?yàn)榇呋磻?yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，否則催化劑會(huì)失效，影響脫硝效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞空預(yù)器，因此煙氣溫度直接影響反應(yīng)的進(jìn)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(shè)計(jì)合理了才能保證氨氣與NOx混合充分；氨逃逸率也應(yīng)該是我能必須加以關(guān)注的一個(gè)重要參數(shù)，實(shí)際被噴射進(jìn)入系統(tǒng)的氨氣量往往都是有余量的，反應(yīng)多余的氨被稱(chēng)為氨逃逸，雖然氨逃逸量的增加會(huì)使反應(yīng)充分，在某種程度上會(huì)提高脫硝效率，但是氨逃逸過(guò)大的話，就會(huì)大量增加氨使用量，造成浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器堵塞；同時(shí)氧氣濃度的增加對(duì)催化劑性能的提高有很大的影響，能使催化劑的效能達(dá)到最佳值。

脫硝系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)及保護(hù)系統(tǒng)必須根據(jù)上述特點(diǎn)進(jìn)行分析及設(shè)計(jì)，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，但是恰恰這些因素又是難以掌控的，所以給整個(gè)脫硝系統(tǒng)過(guò)程控制方面帶來(lái)了諸多問(wèn)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(shè)計(jì)了幾個(gè)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(duì)SCR反應(yīng)器NH3流量的控制，也是最大的難點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)門(mén)的好壞也至關(guān)重要，因?yàn)楣艿乐睆讲淮?，調(diào)門(mén)稍稍擺動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生很大的流量波動(dòng)。固定摩爾比控制法和反應(yīng)器出口NOx定值控制法，是我們?cè)诠こ虒?shí)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(guò)程

氨氣流量的計(jì)算式很好理解，只要測(cè)得反應(yīng)器入口煙氣流量及氮氧化物濃度，我們?cè)俪松夏柋燃纯傻玫轿覀冃枰陌睔饬髁俊?/p>

煙氣脫硝系統(tǒng)是通過(guò)固定的NH3/NOx摩爾比來(lái)控制所需要噴入的氨氣量的。算得氨氣流量信號(hào)直接作為給定值送入PID控制器與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的氨氣流量做比較，經(jīng)PID控制器運(yùn)算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣流量的調(diào)節(jié)與控制。

3.1.2控制過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)

由于煙氣流量實(shí)際波動(dòng)較大常規(guī)儀表很難準(zhǔn)的確測(cè)量，而且煙氣流量與負(fù)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(zhǔn)確預(yù)知煙氣流量的變化；NOx測(cè)量時(shí)需要經(jīng)過(guò)CEMS系統(tǒng)處理，其測(cè)量系統(tǒng)中的預(yù)處理時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致NOx信號(hào)存在較長(zhǎng)時(shí)間滯后問(wèn)題；長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(lái)設(shè)計(jì)的參數(shù)變得不再適應(yīng)；大負(fù)荷變化期間預(yù)噴氨控制，將煙氣中的氧量信號(hào)用作預(yù)示負(fù)荷變化的超前信號(hào)，對(duì)噴氨調(diào)門(mén)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(yīng)滯后的問(wèn)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(hào)測(cè)量存在大遲延且CEMS定時(shí)反吹對(duì)氧量處理影響較大，建議將氧量信號(hào)改為氧化鋯直接測(cè)量，效果會(huì)更好一些。

3.2 出口NOx定值控制方案

3.2.1控制過(guò)程

顧名思義我們就是要始終保持SCR反應(yīng)器出口NOx的恒定。其實(shí)反應(yīng)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(gè)變值，往往還需修正，摩爾比與反應(yīng)器出口NOx值以及機(jī)組負(fù)荷還得相適應(yīng)，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(diǎn)

機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以后催化劑的催化效果就會(huì)發(fā)生改變，而且煙道兩側(cè)也會(huì)有差別，即使在鍋爐負(fù)荷已不變的條件下，反應(yīng)器出口NOx濃度也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)，所以采用固定脫硝裝置出口NOx方式作為控制時(shí)，還應(yīng)該考慮對(duì)這種波動(dòng)情況進(jìn)行補(bǔ)償。這種控制方式在負(fù)荷、風(fēng)量、煤質(zhì)大幅度波動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，不能適應(yīng)全工況過(guò)程調(diào)節(jié)；同時(shí)固定摩爾比過(guò)程控制中存在的問(wèn)題在此種方案上也不能很好的解決。

3.3 串級(jí)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(jí)控制方案。

3.3.1控制過(guò)程。

我們將SCR反應(yīng)器效率作為主調(diào)，噴氨流量作為副調(diào)。負(fù)荷以及SCR反應(yīng)器入口NOx作為副調(diào)的設(shè)定值修正。副調(diào)的設(shè)定值同時(shí)作為副調(diào)執(zhí)行器輸出的前饋修正。為了使運(yùn)行人員便于控制，我們?cè)谶壿嬛袑CR反應(yīng)器出口NOx的含量經(jīng)過(guò)函數(shù)計(jì)算作為主調(diào)的設(shè)定值。

3.3.2控制工程中的優(yōu)缺點(diǎn)

此控制方案中采用液氨流量測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煙氣流量測(cè)量，實(shí)際運(yùn)行中液氨流量測(cè)量值波動(dòng)較小，能夠及時(shí)反映進(jìn)入SCR反應(yīng)器的液氨瞬時(shí)流量；串級(jí)控制中兼顧SCR反應(yīng)器出、入口NOx，更能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SCR反應(yīng)器內(nèi)部的運(yùn)行工況，便于運(yùn)行人員操作；取消了繁瑣的計(jì)算原理，便于技術(shù)人員在線實(shí)時(shí)的調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)；由于調(diào)節(jié)時(shí)仍舊需要測(cè)量NOx含量，對(duì)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(shí)際控制噴氨調(diào)門(mén)時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置噴氨調(diào)門(mén)的上限或者將氨逃逸或者氨泄露越限報(bào)警信號(hào)作為噴氨調(diào)門(mén)的開(kāi)啟的限制條件，防止噴氨流量過(guò)大導(dǎo)致空預(yù)器堵塞或者氨泄漏事故。

火力燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝SCR系統(tǒng)作為一項(xiàng)重要的環(huán)保技術(shù)，在實(shí)踐運(yùn)行中還需要更多的經(jīng)驗(yàn)積累。很多具體的工程還應(yīng)該根據(jù)自身特點(diǎn)及要求進(jìn)行優(yōu)化，只有不斷的在實(shí)踐中檢驗(yàn)才能真正推動(dòng)我們技術(shù)的進(jìn)步，以提高脫硝控制水平，滿足企業(yè)對(duì)自動(dòng)化水平日益增長(zhǎng)的需求。

4、結(jié)論

本文詳細(xì)的介紹了火力燃煤發(fā)電機(jī)組SCR采用的兩種常規(guī)的控制方案，并總結(jié)其實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的不足之處，最后針對(duì)兩種控制方案的弊端提出了一種改進(jìn)的串級(jí)控制方案，對(duì)于同類(lèi)的工程控制中具有一定的借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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(xué)，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，專(zhuān)業(yè)為控制科學(xué)工程，現(xiàn)從事火電廠熱控專(zhuān)業(yè)工作。