SCR系統部署過程中的常見問題分析

李衛忠

摘 要：就燃煤動力鍋爐SCR系統中的常見問題進行了分析，認為對原有鍋爐的SCR系統進行升級，并使用嵌入式系統的分層算法，可以提高SCR系統的控制精度和運行效率。

關鍵詞：SCR系統；監控系統；升級方案；大數據

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0116-02

SCR系統在燃煤動力鍋爐系統中的應用越來越廣泛，目前，絕大部分大型燃煤動力鍋爐均采用了SCR脫硝技術。因為SCR脫硝技術與SNCR脫硝技術并不相斥，所以越來越多的燃煤鍋爐同時采用了SNCR和SCR技術。通過在鍋爐中分段通入氨氣，可以最大程度地降低鍋爐中硝氧化物的含量。但這種方法在實踐過程中，還存在較多的問題。

1 SCR系統現狀

選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）的原理是在催化劑的作用下，還原劑NH3在290～400 ℃下有選擇地將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發生NH3與O2的氧化反應，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。

其中的主要反應有：4NH3+6NO=5N2+6H2O；8NH3+6NO2=7N2+12H2O；4NH3+3O2=2N2+6H2O；4NH3+5O2=4NO+6H2O；2NH3可逆生成N2+3H2.

SCR系統由氨供應系統、氨氣/空氣噴射系統、催化反應系統和控制系統等組成，為避免煙氣再加熱消耗能量，一般將SCR反應器置于省煤器后、空氣預熱器之前，即高塵段布置。通過空氣預熱器前的水平管道加入氨氣，并與煙氣混合。由于技術的成熟和高脫硝率，SCR法現已在世界范圍內成為大型工業鍋爐煙氣脫硝的主流工藝。截至2010年底，我國已投運的煙氣脫硝機組容量超過2×109 kW，約占煤電機組容量的28%，其中，SCR機組占95%.

SCR系統不但可以安裝在燃煤動力鍋爐中，還能安裝在大型船舶柴油機等低溫動力系統中，其本身是充分利用尾氣預熱的一個節能項目。

2 SCR常見問題

2.1 溫度控制問題

與SNCR較好的溫度適應性不同，SCR的反應溫度在290～400 ℃之間。雖然SCR的反應區設置在了節煤器與空氣預熱器之間，但此區間的溫度控制在以往的燃燒控制中并不是重點。在布置了SCR系統后，節煤器與空氣預熱器之間的溫度控制成為燃燒控制多目標控制主機中的又一個重要目標。

因為要重點控制節煤器與空氣預熱器之間的尾氣溫度，與之配合的燃燒控制、四管控制、供風控制等都可能受到影響。而鍋爐要保證最優的燃燒效率，SCR控制目標就可能受到影響。當這兩者出現矛盾時，鍋爐的燃燒控制任務就出現了問題。

2.2 反應效率問題

除溫度外，NH3的投入量、催化劑的選擇、催化劑的回收方法、催化劑的投入量等都會對SCR的反應效率造成影響。由于本文系統中研究的SCR采用蜂窩反應器設置，蜂窩反應器中的小管道眾多，且系統布置在除塵器之前，屬于高塵區，風流速較慢，因此，反應容器內的煙塵沉積量較大。煙塵沉積覆蓋催化劑表面，對反應效率也有較大影響。目前還沒有行之有效的方法來控制煙塵沉積量，所以只能通過對反應區進出口的硝氧化物含量的判讀來判斷系統效率。

2.3 與鍋爐系統的配合問題

在SCR系統脫硝過程中，煙氣在通過SCR催化劑時，將進一步強化SO2→SO3的轉化，形成更多的SO3。在脫硝過程中，由于NH3的逃逸是客觀存在的，它可能在空氣預熱器處與SO3形成硫酸氫氨，其反應式為NH3+SO3+ H2O→NH4HSO4.

硫酸氫氨在不同的溫度下分別呈氣態、液態、顆粒狀。對于燃煤機組，煙氣中飛灰含量較高，硫酸氫氨在146～207 ℃溫度范圍內為液態；對于燃油、燃氣機組，煙氣中飛灰含量較低，硫酸氫氨在146～232 ℃溫度范圍內為液態。

氣態或顆粒狀液體狀硫酸氫氨會隨著煙氣流經預熱器，不會對預熱器產生影響；而液態硫酸氫氨捕捉飛灰能力極強，會與煙氣中的飛灰粒子相結合，并附著于預熱器傳熱元件上，形成融鹽狀的積灰，造成預熱器的腐蝕、堵灰等，進而影響預熱器的換熱和機組的正常運行。因此，要對SCR監測系統進行相應的優化。

3 SCR監測系統升級方案

3.1 監測項目

該系統監測任務分為主動監測和數據共享兩個部分。主動監測部分是指該系統可以直接調用的探頭數據，數據共享部分是從其他數據接口中讀取的數據。

主動監測部分包括：①省煤器出口氣體溫度，分4點形成斷面數據。數據按照50 ms間隔形成微分數據流。②空氣預熱器進口氣體溫度，分4點形成斷面數據。數據按照50 ms間隔形成微分數據流。③進口NO2分壓、進口NO分壓、進口NH3分壓、進口N2分壓、進口H2分壓和進口H2O分壓。④出口NO2分壓、出口NO分壓、出口NH3分壓、出口N2分壓、出口H2分壓和出口H2O分壓。⑤尾氣靜壓和動壓。

數據共享部分的數據需求包括：①從內部用電總線電能質量監測系統中獲得可供系統調用的電能質量信息，包括電壓、電流、波形等。本文系統使用2組各4個噴嘴噴入氨氣，主要電能能耗來自氨氣加壓系統、控制系統和本文系統本身的嵌入式用電設備。雖然該系統的實際用電容量不超過2 kV·A，但對電能質量的要求較高，所以系統前置配備了小容量UPS作為電能整理和斷電保護。②從燃燒控制系統中得到燃燒室溫度、過熱器溫度、再熱器溫度、省煤器溫度、汽包溫度、水冷壁溫度、空氣預熱器溫度等信息，同時獲得系統內各電動機和閥門的狀態。

3.2 近端嵌入途徑

近端嵌入途徑主要有：①由于該系統最高溫度僅有400 ℃，在極端情況下，溫度可以達到約470 ℃。出口端溫度正常為290 ℃，極端情況下可能達到350 ℃。所以，該系統完全可以使用直接測量法得到溫度。使用熱敏電阻法直接得到監測需求中的8個溫度監測點的溫度。②該系統中需要監測的分壓可采用旁路光譜法直接獲得。使用經過冷卻的旁路光譜儀直接測定系統氣體中的各種氣體分壓。③使用皮托計測量尾氣經過該系統時的分壓。④由于該系統需要監測的數據量并不大，但監測周期較長，所以，該系統使用3個全志ARM7系統分別在近端對溫度系統、分壓系統、壓力系統等進行近端數據整理。使用1個全職A31系統對全部數據進行匯總。⑤系統各部件之間使用千兆以太網傳輸數據，以對防水屏蔽雙絞線的形式實現數據傳輸。

3.3 算法研究

3.3.1 數據傳遞算法

該系統的3個ARM7系統的主要任務是校核數據，并轉發向A31系統。A31系統的主要功能是利用A31內置的安卓操作系統和LITE系統暫存數據，并通過上級網絡向大數據轉發。

3.3.2 數據校核算法

該系統使用小波分析法和四段回歸法對數據進行校核，不合格數據線或較遠的數據會直接觸發報警。

3.3.3 模糊控制算法

該系統使用4檔NH3控制噴入效率。本文模糊控制的最終決策是噴入NH3的量的增加和減少，主要參考量是進口各氣體的分壓和出口各氣體的分壓。同時，該系統根據進口溫度和出口溫度的變化遙控燃燒系統，為燃燒系統提出爐溫控制建議。建議將爐溫控制作為燃燒系統神經元分析的自變量之一。

3.4 大數據接入方式研究

該系統作為鍋爐大數據系統的一部分。鍋爐大數據系統可在調度網絡中直接讀取A31內的所有數據。A31內的數據庫采用密鑰式安全管理，只要在鍋爐大數據系統中設置A31數據庫的IP地址，端口號和訪問密鑰就可以滿足大數據的整合需求。

4 結束語

通過對SCR監控系統的升級改造，可以使得SCR系統的運行實現自動化，且使SCR系統的運行更加精確和高效。鍋爐監控系統是未來鍋爐各子系統均會配置的標準子系統，各子系統之間形成的鍋爐大數據，對鍋爐控制能力的提升有直接的幫助作用。

參考文獻

[1]趙宗讓.電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統設計優化.[J].中國電力，2012.11（11）：89-91.

[2]凌忠錢，曾憲陽，胡善濤，等.電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統優化數值模擬.[J].動力工程學報，2014.1（01）：65-67.

〔編輯：王霞〕