某電廠脫硝系統精準分區噴氨改造淺談

(重慶松藻電力有限公司，重慶 401443)

0 引 言

NOX是火力發電廠三大主要污染物之一，其排放濃度主要靠脫硝系統控制。目前，大部分燃煤電廠脫硝系統采用SCR、SNCR、SCR+SNCR工藝技術[1-3]，為滿足超低排放標準、提高脫硝系統的效率，還通過燃燒器低氮改造、噴氨優化調整、增加催化劑層數等方法[4-6]，降低NOX生成量和排放量。因煤質、燃燒工況、負荷等因素的改變，NOX生成量波動較大；加之，如文獻6所述：SCR系統入口邊界條件的非均勻性對煙氣中NOx與NH3均勻混合的影響，使氨逃逸增加，與SO3反應生產NH4HSO4堵塞空氣預熱器，對脫硝系統實施精準分區噴氨至關重要。文中以某燃煤電廠3號機組為例，闡述了脫硝系統精準分區噴氨改造的方案、調試方法、調試中出現的問題，通過優化控制后，脫硝效率大于94.2%，優于改造前6.2%，氨逃逸率小于2.28%。

1 概述

某燃煤電廠3號鍋爐型號為：DG2141/25.31-Ⅱ12，超臨界參數變壓直流爐、單爐膛、“W”型火焰燃燒、一次再熱、尾部雙煙道結構、采用擋板調節再熱汽溫、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型布置。機組同步建設脫硝裝置，脫硝系統采用選擇性催化還原(SCR)工藝，催化劑層數按3+1模初裝3層預留1層，采用高塵布置，如圖1所示。脫硝效率為88%，氮氧化物排放濃度小于200 mg/m3。

為滿足國家及地方環保要求，該公司對脫硝裝置實施超低排放改造。因SCR系統進口NOX濃度較高，且斷面不同區域存在較大偏差。為改善上層催化劑截面處的氨氮摩爾比分布，控制氨逃逸，減輕空預器堵塞風險，擬采取優化脫硝系統流場、實施分區噴氨改造技術方案[7]。

圖1 SCR高塵布置系統圖

2 改造方案

SCR系統分區噴氨系統包括測量層、執行層和控制層，主要涉及NOx濃度分布式巡測和混合采樣測量、氨氮摩爾比分區在線調平以及多維度決策的噴氨總量控制等技術，通過執行層“總量控制閥+分區調節閥+支管調節閥”三級閥門的串聯控制和調節，全面提升噴氨控制的品質，使SCR性能適應NOx超低排放要求，達到節約噴氨量、降低NOx排放濃度、降低空預器堵塞幾率、減輕尾部設備(如電除塵極線、除塵濾袋、低壓省煤器)積灰等綜合效果。

2.1 測量層

測量層實現SCR出口NOx、O2濃度的分布式巡測和混合采樣測量，為執行層和控制層提供基礎數據，其核心部件包括：多點取樣槍(插入SCR出口截面)、取樣管路與控制閥門、噴氨支管混合氣流量計、NOx、O2在線分析儀以及管路吹掃子系統。

2.2 執行層

執行層主要通過在噴氨總管和噴氨支管之間增加噴氨分區調平閥和噴氨分區小母管，實現分區；根據測量層反饋，對“總量控制閥+分區調節閥+支管調節閥”三級閥門進行串聯控制和調節，總量控制閥、支管調節閥及其管路利用原有設備(待液氨改尿素項目完工后利用新的設備)，噴氨分區母管和噴氨分區調節閥需要通過對現場管道進行改造，噴氨分區調節閥為氣動閥，系統根據測量層反饋自動調節。

2.3 控制層

控制層的實現方式：將噴氨總量控制邏輯直接寫入DCS組態，控制原理及方案與PLC方式基本相同。

根據原有系統脫硝出口的NOx、O2濃度以及鍋爐相關設備數據進行綜合分析后，對總量控制閥進行自動調整，與原有總閥控制系統同時存在，可實現無擾切換。

根據測量層反饋的NOx、O2濃度分布式巡測值對分區調節閥進行定期調整，分區調節閥設定上、下限，僅在設定范圍內小幅度調節，且調節過程保證各分區調節閥總開度基本不變，避免對噴氨總量控制閥的自動調節造成擾動。

3 調試過程

3.1 蒸汽、聲波吹灰器

本次改造增加了一層催化劑，同時配套增加蒸汽吹灰器，每側3臺，共6臺，其運行參數同原蒸汽吹灰器、控制方式并入原蒸汽吹灰器。

原脫硝系統無聲波吹灰器，改造后增加了40臺聲波吹灰器(每層催化劑5臺，為一組)。聲波吹灰器氣源壓力控制0.6 MPa左右，每組工作8 s，間隔64 s進行下一組，每10 min循環一次。

3.2 脫硝出口巡測表

根據廠家建議及現場實際情況，單測點測量時間為2 min，巡測一個周期10 min，反吹間隔為60 min。

3.3 噴氨分區閥門自動

分區閥門特性試驗確認，分區閥1動作，影響巡測點2的NOx濃度；分區閥2動作，影響巡測點1的NOx濃度；分區閥3動作，影響巡測點4的NOx濃度；分區閥4動作，影響巡測點3的NOx濃度。

根據以上特性及分區測量情況，分區閥自動按以上對應方式設定，同時閥門開度控制在65%～85%之間，每10分鐘調整1次，每次調整閥門幅度5%。

3.4 噴氨自動

影響噴氨自動的因素主要有負荷、NOx濃度、一二次風量、燃料量等一系列因素，測點的準確性及靈敏度影響噴氨自動調整的效果[8]。由于原出入口CEMS裝置測量結果不穩定，將原有控制邏輯中主調節量：單側反應器出口NOx濃度改為單側分區NOx測量值與煙囪入口NOx濃度的平均值。NOx預測部分主體為總風量，兼有風煤比、鍋爐氧量等因素測點組成。

4 調試中出現的問題及采取的措施

4.1 調試中出現的問題

4.1.1 測點不準確

機組啟動后發現，原系統入出口CEMS測點不準確，雖然進行了消缺處理，但偏差仍然較大。主要表現如下：

CEMS裝置取樣管容易堵塞，造成測量數值偏差及反應遲鈍；從采樣浮子流量計可見，浮子波動劇烈且偏低，證明取樣管線不通暢。

4.1.2 供氨系統不合理

噴氨總量調節閥死區為1.5%左右，對出口NOx的影響卻在20～30 mg/m3左右，嚴重影響了噴氨的精準控制。

4.1.3 原有邏輯不合理

原邏輯中脫硝出口NOx低于10 mg/m3，延時10 s，速關閥關閉。在排放標準為200 mg/m3時，脫硝出口濃度過低，短暫關閉速關閥，對小時均值影響不大，而超低排放條件下，速關閥動作，很容易引起NOx排放超標。

4.1.4 供氨系統氨泄漏

在整套啟動運行期間，SCR系統多次出現氨泄漏情況。

4.1.5 供氨流量不準

在整套啟動運行期間，測算氨流量計數值與理論計算值偏差較大，經檢查發現氨流量計安裝方式和參數設置不正確。

4.2 采取的措施

(1)加強聲波吹灰器的巡檢，發現聲音異常后及時聯系檢修處理，更換膜片；

(2)原蒸汽吹灰為每值投運一次，本次改造增加了聲波吹灰器，根據實際情況，減少蒸汽吹灰的頻次，有利于延長催化劑的使用壽命；

(3)加強儀表的維護，確保測點的準確性，加強對脫硝入出口CEMS的維護，以保證NOx測量的準確性；

(4)分區閥門2對應分區測點1、閥門1對應測點2、閥門3對應測點4、閥門4對應測點3，手動調整時需特別注意；

(5)對供氨系統改造，增加供氨控制小旁路，入口NOx較波動不大時，主路開度不變，采用小旁路精準控制控制；入口NOx較波動較大時，主路粗調，小旁路精準控制噴氨量，以利于出口NOx的穩定；

(6)取消“出口NOx低于10 mg/m3，延時10 s，速關閥關閉”的邏輯，建議修改為“只要SCR區溫度滿足脫硝投運要求，稀釋風機運行，速關閥禁關”；

(7)反應器出入口NOx濃度、煙囪入口NOx濃度、分區測量NOx濃度、總風量、燃料量、鍋爐氧量等對噴氨自動影響較大，在處理與之相關的測點缺陷時，需注意解除噴氨自動，以防止出口NOx大幅波動。

5 改造后的效果

針對脫硝系統精準分布改造調試過程中出現的問題，采用上述措施后對其試驗，試驗結果見表1。通過改造后，NOX排放濃度滿足超低排放要求，脫硝效率提高6.2%，氨逃逸率教改造前降低1.02，長時間運行觀察，較改造前降低1.02，長時間運行觀察，空氣預熱器堵塞問題得到緩解，說明精準分區噴氨優化可實現NOx與NH3混合均勻。

表1脫硝系統精準分布改造后試驗結果

(注：NOX排放濃度及氨逃逸系干基，6% O2狀態下數據)

6 結束語

脫硝系統精準分布改造同時還不僅能提高脫硝效率，還能減緩空氣預熱器因NOx與NH3混合不均勻，氨逃逸率大，生成大量NH4HSO4堵塞的問題，不必因此頻繁停機對空氣預熱器進行沖洗，提高了機組運行穩定性和經濟性，值得推廣，對改造調試過程中會出現一些問題，可參照文中所述措施解決。