火電廠SCR脫硝系統技術分析

【摘要】本文對SCR脫硝控制系統進行詳細介紹，分析了SCR脫硝控制功能，并針對火電廠SCR脫硝系統技術的優化與改進提出幾點個人建議，以供參考。

【關鍵詞】火電廠；熱控；SCR；脫硝系統

目前，我國火力發電主要采用燃煤發電的方式，在這一過程中產生的污染物，例如NOx，其會對大氣造成嚴重污染，并且處理難度較高。煤燃燒后產生的氮氧化物主要包括NO、NO2以及其他氮氧化物，一旦這些氣體排入到大氣，就會經過氧化成為NO2，這些氣體具有很大的毒性，會嚴重危害人類與動植物，因此對NOx的處理具有十分重要的意義。

1、SCR脫硝控制系統概述

煙氣SCR脫硝控制系統主要由SCR反應器曲、蒸汽與聲波吹灰、除灰和還原劑區等控制系統構成。在煙氣SCR脫硝系統的控制中，具體涉及到的系統有數據采集系統、模擬量控制系統、聯鎖保護與報警系統以及順序控制系統等等。此外，為了實現對脫硝系統運行狀態的有效控制，還要采用工業電視監視、火災報警與氨泄漏報警系統等等。一般情況下，稿灰段是SCR脫硝裝置的主要布置區域，也就是在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間進行安裝，在布置還原劑儲存與制備區時，應遵循獨立性原則，并將其作為廠區公用系統，由此可見，對于SCR脫硝裝置控制系統設計而言，設計需要考慮的部分主要有兩個區域的儀表與控制系統。SCR區采用的DCS系統來進行控制，脫硝反應器區域則采用分別納入各機組DCS系統的，具有獨立性的SCR控制子系統，也就是SCR-DCS。SCR-DCS可以在機組電子間進行集中安裝，也可以使用機組DCS遠程站，并在就地脫硝電子間進行安裝，此外還可以作為機組DCS的遠程I/O站，在就地脫硝電子間進行安裝，而這種安裝方式往往需要就地脫硝電子間具有較好的條件，因此大部分情況下不采用這種安裝形式。就維護管理而言，集中安裝的方式更為實用方便，遠程I/O站的方式則不會對系統的安裝性、穩定性以及操作監視的便利造成影響，基于此能夠有效降低設備與安裝的費用，在脫硝工程中，這兩種設計方式的運用相對比較廣泛。

2、SCR脫硝控制功能分析

2.1 噴氮量閉環控制

噴氮量自動控制系統是按照相關的運行參數，對噴氮量進行自動調節，具體包括鍋爐煙氣量、煙氣溫度與SCR反應器進口NOx濃度、反應器出口逃逸率等等。在SCR脫硝控制中，氮氣噴射流量控制是非常關鍵的控制回路，如圖1-1所示為氮氣噴射流量控制原理圖。

圖1-1 氮氣流量控制原理

在控制信號測量中，主要需要考慮煙氣流量與氨氣流量。就煙氣流量而言，現階段煙氣流量的測量中，往往直接測量的準確度并不夠，都是通過計算得到的，根據DCS提供的鍋爐負荷進行煙氣流量的計算；或者按照熱量需求信號或者主蒸汽流量信號來計算煙氣量；通過DCS提供的空氣流量進行煙氣量的計算，然而這種測量計算方式存在比較大的誤差。就對于氨氣流量而言，噴氨量控制需要氨氣流量的測量具有較高的精確度，并且在計算流量的過程中要經過壓力與溫度修正，現階段質量流量計在脫硝工程中的應用比較廣泛，對于DCS計算而言對密度的修正則不需要進行考慮。在測量NOx與O2中，現階段基于紅外吸收原理的儀表有著比較廣泛的應用，測量O2組分的具體方法大體分為三種，即順磁法、電化學分析法以及氧化鋯法，目前氧化鋯法的應用相對比較少，更多的是采用另外兩種方法。NOx與O2需要利用硬接線的方式向SCR-DCS傳遞信號，并基于此完成計算與控制，并對兩路與環保的數據接口進行預留。在實際工程中，煙氣的NO含量主要采用的是CEMS測量，在計算與控制算法中，NOx的含量為主要參考數據，這就要求利用公式進行換算并予以修正。

關于煙氣NOx濃度的計算，具體采用

關于氮氣噴射量的控制策略，在噴氮量系控制系統中，作為具有前饋回路的串級控制系統，其出口NOx濃度為主調節器的設定值，被調量為出口NOx濃度測量值，通過PID運算得到噴氮量，并將其作為副調節器的設定值，通過對比氮流量計的測量信號，并利用PID運算實現對氨流量調節閥的調節。受限于脫硝的煙氣污染連續監測系統的滯后性，再加上SCR反應器與催化劑兩個環節在同一時間具有滯后性，所以在前饋回路進行噴氮量自動控制邏輯的設置，前饋回路按照相關 參數對NOx量進行直接計算，具體包括入口NOx濃度、出口NOx濃度設定值等等，進而實現對噴氮量的計算，噴氮量對副調節器的設定值進行直接作用，以此可以滿足快速響應機組負荷變化的要求。目前，大部分火電廠的SCR脫硝系統在運行過程中往往會受到NOx測量裝置的影響，而導致無法投入噴氮量的閉環控制。因此，為了確保煙氣分析能夠快速響應，應將NOx分析儀的采樣管線縮短，并提高NOx變化 信號預測的快捷性與準確性，具體包括燃料量、蒸汽量等等。此外，為了實現調節品質的改善，還要結合工程實際情況，對調節器參數進行改變。

2.2 氨逃逸率控制

在脫硝系統工藝與控制系統的設計中，應基于催化劑的活性期，確保脫硝效率以及氨逃逸率等指標要求得到滿足，為了實現這一目標，在進行控制時可以不對氨逃逸率的影響進行考慮，然而，受到某些因素的影響，例如隨著催化劑性能的減退、噴氨量沒有匹配上NOx的濃度、沒有及時吹灰、沒有合理分布脫硝系統噴氨以及沒有優化控制等等，就可能導致脫硝效率不變的情況下影響到氨逃逸指標。一旦氨逃逸指標超標，那么就會造成系統運行的經濟性降低，并且還會嚴重影響到SCR脫硝系統的下游設備。煙氣含有三氧化硫，會與氨氣結合成為硫酸銨鹽，其會在空氣預熱器的換熱面上黏結，進而堵塞空氣預熱器，并且降低其換熱性能，所以在進行調試時應對氨逃逸率予以關注，一旦出現異常而提高氨氣逃逸率，就要對相關方面進行細致分析，例如氨逃逸分析儀、出口NOx分布、催化劑活性以及噴氨量控制方式等等，然后采取相應的解決措施。如果實際條件不允許，那么SCR-DCS控制系統則基于允許范圍將脫硝效率降低，以此恢復按逃逸率的水平。

關于氨逃逸分析裝置，具體包括三個部分，即可調諧激光源、光學發射端以及光學接收端。其中可調諧二極管激光器通過調諧發射出特定氣體吸收線的激光，被測氣體在光束穿透下吸收這些光束，進而減弱光強，經過檢測器對光強以及線形狀信號進行檢測，并進行氣體濃度的計算。在掃描光譜內，只有一個特定分子譜線會選擇性的吸收類似的單色激光，因此在測量中可以使交叉干擾的情況得到有效避免。在測量氨逃逸量中，目前廣泛采用可調諧二極管激光光譜儀，采用的方式多為原位測量法，然而受到現場儀表結構的影響，采用的方法主要有兩種，即單側安裝的反射發與兩側安裝的透射法。對于測量精度而言，其可能會受到氨逃逸分析儀表的安裝、激光對位、安裝處結構變形、探頭附近水蒸氣以及吹掃空氣等方面的影響，因此必須定期檢查并校驗氨逃逸表，同時一旦發現氨逃逸異常，就要細致檢查儀表的工作狀態。

在噴氨量控制上，氨逃逸控制往往會忽視噴氨量控制的問題，實踐表明，在出口NOx濃度在一定范圍內時，噴氨量并不會對氨逃逸兩產生較大影響，而隨著NOx濃度降低，氨逃逸量就很容易受到噴氨量的影響。因此，在脫硝效率設計中，應考慮噴氨量波動問題，可以采用氨氣質量流量計進行噴氨量控制以保持其穩定。

此外，氨逃逸的另一個根源就是出口NOx分布不均勻，噴氨系統設計的調整可以分區進行，在投運前優化噴氨格柵，均衡調整每個噴氨平衡閥，促使反應器進口氨氮保持均勻，進而使反應器出口NOx濃度分布更加均勻。出口NOx濃度分布的越均勻，那么NOx/O2分析裝置的采樣點對整個斷面就越具有代表性，能夠更加準確的控制氨逃逸量，并且氨逃逸測量的準確度也越高。

在氨逃逸控制中，優化控制系統也是一個重要方法，基于同等設備與控制條件，通過優化控制系統，可以使噴氮實際得到有效改善，尤其是能夠使噴氨量控制更加快速的相應負荷變化。

3、結語

總而言之，目前火電廠SCR脫硝系統的運行仍然存在需要我們關注的細節，如果不嚴加控制，就很容易導致NOx排放過量，對環境造成污染。因此我們應對此展開研究，不斷提出有效的改進措施，使火電廠脫硝系統得到進一步完善，減小對環境的污染。

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