徐冠男

【摘要】本文針對廣東河源電廠600MW火電機組SCR脫硝系統(tǒng)，通過對SCR煙氣脫硝工作原理及工藝流程的分析，結(jié)合電廠實際生產(chǎn)情況，論述了SCR反應區(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)成為我國環(huán)保一個迫在眉睫的問題。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，成為國內(nèi)外應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氣和水。這種還原反應在低溫下的反應速度很慢，為了加快其反應速度，在實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器入口處的煙溫）可以取得最佳的反應效果，在此條件下脫硝效率可以達到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、卸料壓縮機卸入液氨儲罐。液氨在蒸發(fā)槽中經(jīng)蒸汽加熱后，制成氨氣，經(jīng)減壓后進入到緩沖槽內(nèi)，緩沖后氨氣直接輸送至反應區(qū)。

2.2 SCR反應區(qū)系統(tǒng)

氨氣與空氣進入氨/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，使脫硝出口NOx達到環(huán)保要求。

3.脫硝系統(tǒng)反應區(qū)控制策略

SCR脫硝技術(shù)最終目標是保證出口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)反應效率主要滿足四個條件：適當?shù)墓┌绷髁?；合適的反應溫度；較高的催化劑活性；恰當?shù)姆磻獰煔夂痛呋瘎┙佑|時間，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摩爾比通過實驗曲線即可得知，反應器入口NOx濃度和煙氣流量的乘積得到NOx流量信號，此信號乘以所需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單，易于調(diào)試和實現(xiàn)，但控制效果較差，會出現(xiàn)過度脫氮或氨逃逸，增加運行成本；后者控制方式增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)運行更為經(jīng)濟，但控制邏輯較為復雜，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。控制思路是當SCR系統(tǒng)投入自動方式時，根據(jù)SCR反應系統(tǒng)進出口煙氣的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)反應器出口NOx濃度和反應器出口NOx濃度設(shè)定值的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算，得到NH3/NOx摩爾比并進行修正。SCR反應器入口煙氣流量經(jīng)入口煙氣壓力和溫度修正計算后，得到入口煙氣流量修正值。實際操作中也可根據(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)鍋爐負荷做的函數(shù)對應值，具體函數(shù)要在調(diào)試中根據(jù)總風量和鍋爐負荷曲線來確定。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)定值計算得到NH3耗量的理論計算值，再用NH3/NOx摩爾比修正值、機組負荷修正NH3耗量值，然后根據(jù)供氨流量，經(jīng)PI計算得到供氨調(diào)門開度，依據(jù)計算得到的開度來對供氨流量進行調(diào)節(jié)，以達到設(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)的計算公式如下：

（1）反應器入口與出口NOx折算后濃度計算方法：

煙氣中NOx的濃度（干基、標態(tài)、6%O2）計算方法為：

NOx（mg/Nm3）：標準狀態(tài)、干基、6%氧量、干煙氣下NOx濃度，mg/Nm3；NO2（mg/Nm3）：實測干煙氣中NO2濃度，mg/Nm3；根據(jù)經(jīng)驗，在煙氣所含NOx中，NO約占95%，NO2約占5%，在煙氣連續(xù)監(jiān)測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：實測干煙氣中氧含量，%。

（2）脫硝效率

脫硝效率計算方法：

式中：

C1：脫硝系統(tǒng)運行時脫硝反應器入口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）；C2：脫硝系統(tǒng)運行時脫硝反應器出口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）。

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

（4）氨耗量計算方法。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（標態(tài)，干基，實際氧）Nm3/h；α————實際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，并針對廣東河源電廠600MW火電機組脫硝改造項目，詳述了SCR脫硝改造的工藝流程及反應區(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，達到國家環(huán)保要求，并節(jié)約原料，降低生產(chǎn)成本。因此，如何進一步優(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>

參考文獻

[1]咸士龍.660MW機組SCR法煙氣脫硝控制策略分析.工藝與技術(shù)，2013.

[2]姚志宏，劉崗.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行控制策略.熱電技術(shù)，2013.

[3]蔣穎俊.600MW超臨界機組SCR脫硝優(yōu)化系統(tǒng)控制.節(jié)能科技，2014.