淺析垃圾發電廠脫硝控制系統

潘劍雄

摘 要： 垃圾發電作為垃圾處理的民生工程，在解決垃圾圍城的同時，還能作為源料焚燒發電。但是垃圾是焚燒時會產生大量的酸性氣體和氮氧化物氣體，本文介紹了垃圾發電廠中的脫硝方面的系統控制。

關鍵詞： 垃圾發電；SNCR；NOX

1 引言

為達到國家環保要求，垃圾發電廠的尾氣排放前要將煙氣進行處理，主要有三個部分：脫硝、脫酸、除塵。

其中脫硝是指除去煙氣中氮氧化物的過程，主流的處理工藝是SCR和SNCR。某垃圾發電廠共建三臺垃圾焚燒爐，每臺爐日處理量為750T/D，脫硝系統采用的是SNCR方式，根據設計要求，氨水小時平均消耗量大概為150 kg/h。圍繞設計要求，本文對此垃圾電廠的SNCR控制進行分析。

2 SNCR控制過程

SNCR運用于焚燒爐正常運行時減少用戶現有鍋爐氧化氮排放量。還原劑（某垃圾發電廠采用氨水作為還原劑）霧化噴入鍋爐內，根據氮氧化物還原反應，爐內氧化氮轉化為水蒸氣和氮氣。

SNCR指含還原劑同一氧化氮（N0）及二氧化氮（N02）在850至1050°C溫度下，根據下列化學反應式，發生的還原反應。

2NH3 + 2NO + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O

某垃圾電廠整個SNCR脫硝系統是由PLC進行控制，按照控制區域和功能將SNCR分為如下七個模塊進行控制：

（1）儲氨罐模塊；

儲氨罐作為氨水存儲容器，控制與參數測量必不可少，PLC將根據液位和壓力以及熱探測儀得來的信號自動控制。當進氨時，PLC程序邏輯判斷氨罐液位高時將停止卸氨泵。運行時，PLC程序邏輯判斷氨罐液位低低，PLC保護停止鍋爐供氨泵。雖然儲氨罐只是簡單的順序控制，不過由于氨的危險性，此簡單的液位控制就變得尤為重要。除此外，氨罐增加了氨泄漏報警，當氨水泄漏濃度大于800PPM時，跳供氨泵并停運SNCR系統。

（2）儲氨罐加注模塊；

儲氨罐加氨是根據儲氨罐液位要求進行卸氨，卸氨控制以手動方式進行，卸氨系統有2臺卸氨泵和卸對應的氣動門。卸氨泵間無電氣聯鎖控制，不過卸氨泵與出口氣動門存在聯鎖開順控。

（3）氨輸送模塊

氨水輸送系統有2臺供氨泵和1臺供氨泵出口母管氣動門，2臺供氨泵一用一備。供氨泵無自啟動方式，運行時運行人員手動啟動供氨泵。當供氨泵出口母管溫度高于35℃時，系統報警并保護停供氨泵。

（4）稀釋水輸送模塊

SNCR的稀釋水是去離子水。稀釋水系統是安裝在鍋爐區零米，每臺焚燒爐配置1個稀釋水箱和2臺稀釋水泵，稀釋水箱上安裝有靜壓式液位計。當水箱液位低至650mm時開氣動門進行補水，當液位高于1000mm時關氣動門停止補水。稀釋水泵是將去離子水輸送至爐前混合柜內，當稀釋水箱液位低于300mm時稀釋水泵保護停。

（5）氨水稀釋水混合稀釋模塊

氨水稀釋水混合稀釋模塊是SNCR控制的重點。氨水在噴進焚燒爐內時，在爐前混合柜與去離子水進行混合稀釋。氨水和稀釋水進入混合柜時各自有流量計和壓力變送器進行流量和壓力測量并引入PLC。在PLC程序里，并設定氨水流量與稀釋水流量之和為600kg/h，氨水流量最大設計為182 kg/h。

混合柜系統是將濃度25%的氨水與稀釋水混合稀釋到濃度10 %左右，并保證運行工況變化時噴嘴中的流體壓力；經過混合流量的比例對氨水和稀釋水氣動調節閥進行調節設定。當鍋爐負荷或爐膛出口的NOX濃度變化時，通過PID功能塊計算，調節氨水和離子水的混合比例，使混合液的氨水濃度發生變化以滿足NOX濃度的調整。

（6）氨噴射模塊

每臺爐的噴氨系統分布有3層噴槍，每層噴槍有7個，分別位于鍋爐的9m，14.5m，17m標高。NOX濃度和溫度傳感器將信號發送到PLC，PLC將控制調整噴射截面。當溫度變化時，PLC程序根據設定的溫度范圍選擇投入哪一層噴槍，并實時調整氨水噴射量以保證系統經濟有效運行。

（7） 控制系統單元模塊

SNCR是一套西門子S-300PLC系統，CPU通過PROFIBUS-DP通訊方式與爐前混合柜M1、M2、M3和氨儲罐區里的IM153接口模塊通訊；通過MPI方式與MP377操作臺面板通訊；系統還通過PROFIBUS-DP接口將整個SNCR脫銷系統相關狀態信號開放通訊至全廠DCS。

3 SNCR控制分析

SNCR在運行中存在多種影響效率的因素，根據某垃圾發電廠總結，主要有如下因素影響：（1）混合柜內壓縮空氣的壓力（2）混合柜氨水壓力（3）噴槍的霧化效果（4）進入單支噴槍的氨水混合液管道堵塞（5）氨水混合液母管至單支分管壓力分配不均勻（6）噴槍處壓縮空氣壓力略大于氨水進入壓力（7）鍋爐內部溫度過高或過低（最適還原劑與煙氣反應溫度在850～1050℃）（8）鍋爐負荷波動過大。

為解決提高脫硝效率，可作出下面的處理方式：

（1）混合柜內壓縮空氣壓、氨水壓力、稀釋水壓力的設定會影響到氨水的噴射。經過多次實際工況試驗得出，正常的壓力按如下表格調節：

（2）噴槍霧化效果和管道堵塞則要求機務專業人員定期清洗。

（3）這里重點談談氮氧化物濃度和爐溫對SNCR的控制影響。我們從PLC程序可看出，SNCR的控制主要圍繞氮氧化物濃度進行控制，邏輯如下：

由上圖可看出，PI回路調節運算中的NOX作為PV值，對PI的回路運算影響很大。從工況條件看，NOX的采樣測量是在煙囪處，噴氨槍是在鍋爐爐膛一通道，煙氣從氨槍位置流通到煙囪，中間經過爐膛二通道、爐膛三通道、過熱器、省煤器、脫酸反應塔、布袋除塵后由煙囪排放，煙氣由CEMS系統采樣后分析需要時間。煙氣經過噴氨到NOX測量結果大約用時120秒以上，如鍋爐負荷發生變化，爐內溫度隨負荷變高變低時NOX的PID自動控制嚴重滯后。而氨水的催化還原反應最佳溫度是在850至1050°C，為加強NOX的自動控制，將上圖中的紅色部分顯示的噴槍層溫度引入到PLC的PI回路調節運算，用為PI運算的前饋計算，提前加大氨水調節，避免因測量滯后影響NOX控制。

4 結束語

隨著垃圾焚燒行業發展越來越快，煙氣排放標準越來越嚴格，SNCR的控制將會更加設計更完善。作為熱控人員，在技術日新月異的趨勢下，加強能力培訓和不斷調整完善自動控制功能。■