火電廠脫硝控制系統設計與改進措施

劉宗奎，許曉敬 ，侯曉亮

（1.國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心；2.國家電投集團鄭州燃氣發電有限公司，河南 鄭州 450001；3.國家電投集團湖北分公司，湖北 武漢 430000）

國內某發電廠采用東方鍋爐廠生產的DG670/13.7-20 型鍋爐，超高壓、自然循環、單爐膛四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、半露天布置、全鋼構架、全懸吊結構、回轉式空氣預熱器、“π”型布置煤粉固態排渣鍋爐，機組啟動停爐使用等離子點火。1#機組脫硝系統于2014 年11 月30日投運，2#機組脫硝系統于2014 年10 月18 日投運。SCR 脫硝系統反應器內催化劑層按照2+1 層設計，催化劑的型式采用蜂窩式。

1 脫硝改造后存在的問題

1.1 脫硝改造后機組啟動達標排放超限

脫硝系統投運以來，通過對1#爐和2#爐啟動過程進行記錄，發現并網后出現NOx 超限情況，機組運行中未發生氮氧化物超標排放。

表1 1#爐啟動記錄

表2 2#爐啟停記錄

1.2 脫硝自動方面存在的問題

長期以來對，SCR 脫硝系統的研究主要針對其物理原理、設備結構和運行方式方面，卻一直忽略了對脫硝自動控制策略的研究，而事實上，脫硝系統的自動控制品質與電廠的長期運行成本密切相關。但是，部分火電機組的SCR 脫硝控制系統由于控制策略設計不完善、控制目標不明確、現場測量條件等問題，系統的自動投入率和投入效果均較差，使得整個脫硝系統的運行性能受到了明顯的影響。

2 全負荷達標排放運行優化

2.1 點火前優化措施

每次停爐將原煤倉燒空，最少每臺磨煤機保證一個原煤倉燒空。機組啟動優化啟動煤種要求，A 倉煤質（華亭煤）：空干基揮發分Vad 30%、收到基低位熱量4500 大卡以上。B倉上部可根據情況選用華亭煤或一般高質煤（空干基揮發分Vad 20%以上、收到基低位熱量4200 大卡以上）。目的在于在保證等離子著火良好的前提下，降低燃用煤質，以達到提高煙溫的目的。

2.2 點火后優化措施

（1）為提高排煙溫度，整個沖轉暖機過程中鍋爐啟動風量按最低風量控制（270t/h 左右），嚴防風量過低保護動作。燃燒穩定后，通過全關低溫過熱器側煙氣擋板提高SCR 入口煙溫，通過試驗全關低溫過熱器側煙氣擋板可提升SCR 煙溫10 ～15℃。

（2）點火后要充分發揮低氮燃燒器效用，通過燃燒調整，控制SOFA 風門開度，盡可能控制脫硝入口NOx 在200mg/Nm3以內。

2.3 沖轉后優化措施

（1）3000rpm 定速后，增啟1#一次風機運行，增投燃燒器，鍋爐強化燃燒，盡量開大汽機高旁（嚴密監視高排后溫度不超限），并網前A 層至少投入4 個燃燒器。通過進一步暖機升參數，一方面充分暖機達到振動平穩的目的；另一方面，要滿足并網高參數要求。

（2）沖轉至并網約需7 小時左右，按照SCR 入口煙溫≥280℃標準開始噴氨，控制凈煙NOx ＜100mg/Nm3。同時，根據NOx 濃度和氨逃逸水平嚴格控制噴氨量，防止過量噴氨。

表3 鍋爐燃煤分析項目統計

2.4 并網后優化措施

（1）并網后保持一、二級旁路大開度，繼續加強燃燒，升壓至6MPa 以上，汽溫按照過熱度150℃控制。并網后及時做好2#磨煤機的啟動準備工作，負荷帶至40MW，啟動2#磨煤機運行。

（2）機組帶至穩定負荷（120MW）后，對SCR 催化劑進行一次蒸汽吹灰。

圖1 SCR 自動控制總體方案原理圖

（3）正常運行期間合理地降低鍋爐氧量，降低SCR 入口氮氧化物，減少噴氨量，將尿素使用率作為考核脫硝運行水平的重要指標，從源頭控制將脫硝運行給鍋爐尾部受熱面帶來的不利影響降到最小，月尿素使用率維持在較好水平。

3 脫硝控制系統設計與改進

（1）在副環中引入測點吹掃干擾抑制函數，可以消除吹掃過程對測點數據失真的干擾，NOx 濃度的數據采用軟測量技術實現。

（2）副環中引入系統前饋信號，可以預先消除大的參數變化，提高系統的抗干擾能力，提高SCR 自動控制系統的魯棒性。煙氣流量反映機組負荷變化和SCR 入口NOx 濃度變化，反映了不同負荷下對脫硝過程的氨/氮摩爾比的需求；爐內燃燒NOx 生成預估模型則反映了由于爐內煤粉燃燒過程組織方式不同對煙氣中NOx 生成的影響，其影響因素主要有機組負荷（反映爐內燃燒溫度水平）、氧量（過量空氣系數）、各二次風量（或二次風門組合方式）、燃料成分（主要是揮發分、收到基氮含量）。這些前饋信號反映了鍋爐爐內燃燒完成后、進入SCR 反應器之前，對煙氣NOx 濃度的影響。

（3）在主環中設置PID 參數自動調整模型，SCR 反應器脫硝過程動態特性的變化，使自動控制系統PID 參數與對象動態特性相匹配，提高系統的魯棒性。由于鍋爐煙氣中NOx的生成與多種因素有關，SCR 反應器內發生還原煙氣NOx 的過程與煙氣溫度、氨/氮摩爾比、催化劑性能有關。

4 結語

通過制定機組啟停和特殊工況的鍋爐運行調整，實現機組并網后全負荷氮氧化物達標排放，采用智能前饋技術和有效控制煙囪出口NOX小時均值，準確控制噴氨量，減少氨逃逸和氨消耗量，防止空預器和布袋除塵器堵塞，進一步降低廠用電率。