脫硝控制系統的優化探討

葉洪兵 殷宇龍 胥艷明

摘 要：煙氣脫硝選擇催化還原技術被廣泛應用于火力發電廠、蒸汽燃氣聯合循環發電廠、化學處理工廠以及鋼鐵和水泥加工廠的煙氣處理系統中。本文在介紹燃煤發電廠SCR技術工藝流程的基礎上，詳細分析了脫硝過程被控對象氮氧化物的特性、控制原理，以及脫硝控制系統的設計，并結合實際運行中存在的問題提出控制系統的優化策略及方法。

關鍵詞：脫硝；選擇性催化還原；控制系統；優化

在實際運行過程中，鍋爐煤種、負荷及煙氣量、煙氣溫度、煙塵濃度等是經常變化的，若按照原設計參數運行，可能影響發電機組的安全運行及脫硝系統本身的運行，嚴重時鍋爐系統根本無法運行。本文以國投某電廠330MW SCR脫硝控制系統為研究對象，本人參與的本套系統選型、控制子系統的設計和優化工作，通過脫硝系統運行的大量數據的分析，分析出影響脫硝效率、煙風系統主要因素，通過控制系統優化，最終獲得在給定工況下SCR脫硝系統調整參數，為現場運行人員的調整提供了指導，同時也為國內其他電廠SCR脫硝系統改造和優化運行提供了參考，這對于降低 SCR技術運行成本和電廠節能降耗具有重要的意義。

1 我國氮氧化物排放及脫硝技術的發展

在眾多的煙氣脫硝技術中，由于選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，其NOx的脫除率可達到80%—90%，已成為目前國內外發電廠脫硝比較成熟的主流技術。

2 公司脫硝系統存在的問題

2.1 公司投運初期液氨閥門特性 投運初期由于設計閥門流量特性與實際運行工況不匹配，從上圖可看出閥門調節特性比較差，在入口氮氧化物發生微小波動，此調節閥開關幅度較大，這樣會產生明顯過調節，對出口氮氧化物控制是不利的擾動。

2.2 空預器堵塞問題

2.3 脫硝效率的問題

3 脫硝系統的優化

燃煤發電廠同步安裝脫硝系統是以后建設的必要條件，由于采用的脫硝技術不同，達到的效果明顯不同，作為我國的可持續發展戰略的實施，環境可持續性是當今發展經濟的重要前提因素，隨著中國經濟總量的不斷增加，所帶來的環境壓力隨著增加，如何在更加苛刻的大氣環境指標下找到企業的發展之路，是今后重要的課題，如何挖潛改造優化環保設施，是一個重要的發展方向。以下將從氮氧化物所帶來的危害和脫硝成本分析來確立，國投伊犁能源開發有限公司脫硝系統需要優化。

氮氧化物引起很多環境問題，危害人體健康，解決環境保護面臨的巨大壓力已是刻不容緩。

4 脫硝成本分析

脫硝成本主要是受煤質、氮氧化物原始濃度、脫硝建設類型、還原劑催化劑的類型不同存在很大差異，在成本中既包括固定成本也包括可變成本。變動成本包含維持正常運行的各項消耗性支出包括催化劑更換費用、還原劑消耗費用、電費等組成；而固定成本包含折舊費、修理維護費、運行管理費、財務費等。催化劑使用壽命一般在24000小時左右，其價格比較昂貴，一般運行5年左右就需要進行催化劑的更替。這項費用在成本中一定的比例。還包含還原劑的使用費用其費用=液氨單位小時耗量×SCR運行小時×液氨價格，其他像電費、水費相對較少可忽略不計。以國投伊犁能源為例：2014年全年發電量35.5億，可用小時5600小時，液氨單價平均3100元計算全年脫硝固定成本約800萬元，其還原劑的使用費用占成本的40%左右，降低還原劑的使用量是降低脫硝成本的一個重要途徑，當然是以滿足國家不同階段的環保政策為前提。雖然國家對環保設施的投運，有一定的環保電價補貼，2013年9月國家發改委公布了《關于擴大脫硝電價政策試點范圍有關問題的通知》規定自2013年9月25日起，脫硝上網電價每千瓦時提供到1分錢，這雖然對脫硝成本是一個補貼，但從實際實施來看，由于存在對SCR脫硝系統運營成本控制缺乏經驗，包括設計初期系統設計理念的不完善，脫硝設施投入成本較高，如何進行設施挖潛改造優化是進行降低成本的重要方式。

2015年7月公司通過調節閥門改造后以及控制方案優化后其運行狀況：從控制特性和效果都說明對于脫硝系統有所改善，同時也相對較低了耗氨量，提高了脫硝效率。

5 結論

對兩種控制方式而言，盡管上述的分析是在脫硝效率不一致（這也是由這兩種不同的控制方式所決定的，因固定摩爾比方式摩爾比設定值需要運行人員手動設定）基礎上得出的，但從整個電廠的自動運行，控制的角度來說，固定出口NOx濃度的控制模式是一種按需脫除煙氣中NOx的控制模式，也是一種更為復雜，更優的控制方式，可以有效降低電站脫硝運行成本。通過此次優化后脫硝出口氮氧化物平均控制在50mg以下，而且空預器運行至今未發生堵灰現象，特別是調節效果比較明顯，閥門特性能夠滿足生產的需要，減輕了運行人員的勞動強度。

作者簡介：葉洪兵（1974-），男，四川營山人，工作單位：國投伊犁能源開發有限公司，化學專工，現為西安科技大學在職研究生，電氣工程專業。