基于實時監控系統的脫硝運行優化管理

徐勁松，邵媛

(華電國際電力股份有限公司技術服務中心，濟南 250014)

基于實時監控系統的脫硝運行優化管理

徐勁松，邵媛

(華電國際電力股份有限公司技術服務中心，濟南 250014)

通過實時監控系統采集的選擇性催化還原技術(SCR)入口NOx質量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等運行數據，建立若干計算模型。基于該模型實時跟蹤各機組脫硝運行情況，并設置報警條件，建立脫硝系統報警機制，提醒電廠及時進行優化調整。

SCR系統；實時監控系統；運行優化

0 引言

脫硝技術已廣泛應用于火電機組，目前脫硝系統管理主要集中在出口質量濃度達標管理以及停機后催化劑的檢查和活性檢測，對脫硝系統運行時優化管理比較少或比較粗放，本文主要通過監測脫硝入口NOx質量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等參數，并建立若干計算模型，監控脫硝系統運行情況，優化脫硝系統運行管理。

1 SCR脫硝裝置的工作原理

選擇性催化還原技術(SCR)，是利用還原劑在催化劑作用下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物NOx，主要是NO和NO2、發生化學反應，生成無害的氮氣和水，從而脫除煙氣中NOx的方法。

當采用氨(NH3)作為還原劑時，其主反應式如下。

在有氧的條件下

(1)

(2)

在無氧(或缺氧)的條件下

(3)

(4)

在脫硝反應器中，發生的反應主要為(1)，(2)，從反應式可以看出，NO與NH3反應的物質的量比為1∶1，NO2與NH3反應的物質的量比為1∶2，因此需要確定煙氣中氮氧化物中NO與NO2的含量才能確定反應需要的NH3。

火電廠燃煤鍋爐燃燒煙氣中(脫硝前)的氮氧化物NOx主要包括NO，NO2及少量的N2O，其中NO約占NOx排放總量的95%(體積分數)，NO2約占NOx排放總量的5%(體積分數)，N2O的含量很小，計算中忽略不計[1]。

2 數據來源

脫硝數據來源為機組脫硝現場運行數據， 每隔10 s得到1個數據樣本。為了盡可能精確地建立脫硝運行監測模型，選擇的數據包含了穩定工況下的數據，當機組停機或日均負荷低于額定容量的30%時，對數據進行剔除。

脫硝系統運行主要參數有脫硝反應器出入口NOx質量濃度、脫硝效率、出入口氧量、煙氣流量、噴氨量、催化劑壓差、反應器溫度、氨逃逸質量濃度等。這些參數中有邏輯關系的為：脫硝反應器出入口NOx質量濃度、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量，通過這幾個參數建立模型，并對其中的邏輯關系進行驗證，可以直觀反映脫硝系統運行情況。由于每套脫硝系統都含有A，B 2個脫硝反應器，所以以下研究對象均以單側反應器為例。

3 實際耗氨量與理論耗氨量的監測對比模型建立

實際耗氨量為脫硝反應器氨氣供應質量流量，理論耗氨量為通過脫硝入口NOx質量濃度、脫硝效率和煙氣流量等參數計算的該工況下的所需要的耗氨量[2]。理想情況下，實際耗氨量應該等于理論耗氨量，但由于表計偏差、噴氨不均等原因影響，實際耗氨量與理論耗氨量會有一定偏差，但偏差不能太大，否則說明系統存在一定的問題，需要進行優化[3]。按照脫硝入口煙氣中NO和NO2體積分別占95%和5%計。

qm從監控系統直接取值。

(5)

圖1 某機組A側脫硝反應器實際耗氨量與理論耗氨量對比(截圖)

(6)

當氨逃逸質量濃度小于2.28 mg/m3時，氨逃逸量與耗氨量相比可忽略不計。

通過將運行機組每日的理論耗氨量與實際耗氨量形成曲線，可以監控脫硝催化劑運行情況。當(理論計算耗氨量-實際耗氨量)/實際耗氨量≥20%時，實際耗氨量偏小，應采取相應檢查處理措施；當(實際耗氨量-理論計算耗氨量)/理論計算耗氨量≥20%時，實際耗氨量偏大，應采取相應檢查處理措施。某機組A側脫硝反應器實際耗氨量與理論耗氨量對比如圖1所示。

對某臺機組A側脫硝反應器實際耗氨量與理論耗氨量進行跟蹤，由圖1可以看出，實際噴氨量與理論噴氨量在某些時間段有較大偏差，在這些時間段需要對脫硝運行進行優化調整，經過調整后，實際噴氨量與理論噴氨量吻合度較高，但是經過一段時間運行后，還是會產生偏差，需要再次進行調整。通過不斷跟蹤監視調整，可以將脫硝系統保持在最佳狀態運行，有利于延長催化劑的運行壽命。

4 氨氮比/脫硝效率的監測對比模型

氨氮比為脫硝系統供氨量與入口氮氧化物量的摩爾比。當煙氣中氮氧化物NO和 NO2體積分別占95%和5%，脫硝效率為100%時，氨氮比為反應式中氮氧化物與氨的反應摩爾比，因此可以將實際脫硝效率下的氨氮比折算成100%脫硝效率下的氨氮比，并與脫硝效率為100%的理論氨氮比進行比較。

實際氨氮比

(7)

理論氨氮比

(8)

將實際氨氮比與理論氨氮比同折算為脫硝效率為100%時的氨氮比，則

(9)

(10)

所以理論上，(氨氮比/脫硝效率)應為1條直線，和煙氣中氮氧化物比例有關，當煙氣中氮氧化物NO和NO2體積分別占95%和5%時，(氨氮比/脫硝效率)為1.05。如圖2所示，通過與直線進行比較，可以更直觀看出(實際氨氮比/脫硝效率)的變化規律。并設置理論曲線的上下限，上下浮動20%的范圍，上限為1.260，下限為0.875。通過實施跟蹤運行中(氨氮比/脫硝效率)，當運行中數值比超過理論比例的上限與下限所包圍的區間時，對電廠發送提醒通知，提醒電廠進行優化調整[4]。

圖2 實際氨氮比/脫硝效率與理論氨氮比/脫硝效率(無量綱)對比(截圖)

5 脫硝運行報警信息設置

利用公司內部環保監控平臺，引入各機組脫硝數據，生成各機組的(氨氮比/脫硝效率)曲線，并設置報警信息，按周或者月自動對超出上下限的機組進行報警。

考慮當(實際氨氮比/脫硝效率)≥2.000時屬于比較嚴重的情況，此時氨氮比偏大，脫硝表計指示出現較大偏差或催化劑活性下降明顯，因此對該情況單獨設置報警。即當最近1周內某臺機組單側(實際氨氮比/脫硝效率)≥2.000的次數超過3次，對其進行報警。

當(實際氨氮比/脫硝效率)超過上、下限時，對其自動報警，但考慮到電廠需要一定的處理時間，因此設置天數為10 d。即當最近1月內A/B側(實際氨氮比/脫硝效率)≥1.260的天數超過10 d時，報警；當最近1月內A/B側(實際氨氮比/脫硝效率)≤0.875的天數超過10 d時，報警。

報警自動形成反饋單發送到電廠，提醒電廠注意，進行優化調整。通過這種方式，對公司內各機組脫硝運行情況實時監控，自動報警，發現脫硝運行中存在的問題，并及時進行優化調整，保證脫硝系統工作在最佳狀況，對延長脫硝催化劑的使用壽命有較好的作用。

6 結束語

通過監測脫硝入口NOx質量濃度、含氧量、脫硝效率、煙氣流量、噴氨量等參數，并建立若干計算模型，實時監控脫硝系統運行情況，優化脫硝催化劑運行管理。建立模型后，對各機組脫硝運行數據進行實時跟蹤，并自動生成報警，發送到電廠，提醒電廠及時進行優化調整。

[1]田慶峰，顧英春，陳牧.SCR脫硝裝置氨消耗量的計算方法探討[J].電力勘測設計，2010(3):42-47.

[2]火力發電廠脫硝系統設計技術導則:Q/DG 1-J004—2010[S].

[3]趙利，李志峰，萬季霖，等.SCR脫硝系統運行中存在的問題分析[J].華電技術，2016，38(6):71-72.

[4]雷達，金保升.氨氮比不均勻性對電站SCR系統脫硝效率的影響[J].鍋爐技術，2010，41(6):72-74.

(本文責編：劉炳鋒)

2017-05-05；

:2017-08-20

TP 399

：B

：1674-1951(2017)09-0073-03

徐勁松(1969—)，男，山東棗莊人，高級工程師，工學碩士，從事發電行業環保管理工作(E-mail:xjs112233@163.com)。