淺談電廠脫硝噴氨控制系統(tǒng)的深度優(yōu)化

張曉旭，馬金旺

（河北衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 衡水 053000）

1 項(xiàng)目背景

某電廠的#3 鍋爐是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&WB-1025/18.3-M 型、亞臨界、一次中間再熱、單汽包、自然循環(huán)單爐膛、Π 型布置煤粉鍋爐。

該機(jī)組的脫硝系統(tǒng)采用的是選擇性催化還原法（SCR），在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐最大工況下，脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入口NOx濃度為900mg/Nm3，脫硝效率不低于95%。

2018 年以來(lái)，北京、天津、河北、上海等地陸續(xù)下發(fā)超低排放地方標(biāo)準(zhǔn)，燃煤機(jī)組的NOx排放濃度不得超過(guò)30mg/Nm3，這就對(duì)脫硝噴氨控制系統(tǒng)各設(shè)備的穩(wěn)定性和環(huán)保性能提出了更為嚴(yán)苛的要求和更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

但假如一味追求環(huán)保指標(biāo)，專注于保證過(guò)低的出口NOx濃度而忽略其他參數(shù)，會(huì)造成機(jī)組噴氨量的大幅增加，不僅會(huì)造成氨氣的浪費(fèi)，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，另一方面，氨逃逸率加大，生成NH4HSO4，大量地積聚在催化劑表面，甚至?xí)诳疹A(yù)器表面冷凝析出某種晶體物質(zhì)，與內(nèi)部的煙塵粘結(jié)在一起，造成空預(yù)器不同程度的堵塞，嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。

因此，在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的雙重要求下，機(jī)組原有的脫硝噴氨控制方案急需進(jìn)行大幅度的調(diào)整和優(yōu)化。

2 改造原因

改造前的脫硝噴氨控制系統(tǒng)，自投產(chǎn)以來(lái)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)出口氮氧化物瞬時(shí)值超標(biāo)、負(fù)荷快速變化時(shí)，噴氨總量變化不及時(shí)、氨逃逸率加大和空預(yù)器堵塞等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性。

通過(guò)分析，機(jī)組原有的脫硝噴氨控制系統(tǒng)存在下述幾個(gè)方面的原因和問(wèn)題。

2.1 測(cè)量問(wèn)題

機(jī)組原有的脫硝系統(tǒng)兩側(cè)出口處各只有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，且煙道直管段較短，管道中心和管道邊緣的濃度差距很大，出口煙道上橫截面上的氮氧化物濃度并非均勻分布，所以單一測(cè)點(diǎn)的測(cè)量方式并不能反映出口煙道的平均氮氧化物濃度，導(dǎo)致A、B 兩側(cè)出口NOx與煙囪入口NOx的測(cè)量偏差值過(guò)大。

2.2 儀表問(wèn)題

測(cè)量氮氧化物濃度的儀表除去正常測(cè)量狀態(tài)外，還存在系統(tǒng)標(biāo)定、維護(hù)等模式，在每隔4h 儀表標(biāo)定的時(shí)間段內(nèi)，該側(cè)出口的氮氧化物濃度將維持在標(biāo)定前一刻的濃度值，這就給該側(cè)總量控制制造了極大的困難。原有的脫硝控制邏輯并不能很好地解決標(biāo)定期間該側(cè)出口的噴氨量的問(wèn)題，導(dǎo)致脫硝總量控制受儀表標(biāo)定等因素干擾大。

2.3 控制系統(tǒng)問(wèn)題

現(xiàn)有的控制噴氨總量的計(jì)算方法和組態(tài)方式，在遇到機(jī)組負(fù)荷快速增加或減少和入口氮氧化物濃度迅速波動(dòng)等問(wèn)題時(shí)，并不能及時(shí)地調(diào)整脫硝出口的噴氨量，并且原有DCS 系統(tǒng)以純滯后調(diào)節(jié)為主，前饋占比不大，導(dǎo)致噴氨總量調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)速度慢，不能滿足實(shí)際變負(fù)荷工況的要求。

2.4 均勻性問(wèn)題

原脫硝系統(tǒng)雖然將A、B 側(cè)煙道各分成了八個(gè)區(qū)域，但煙道兩側(cè)手動(dòng)調(diào)門(mén)無(wú)法根據(jù)機(jī)組負(fù)荷（蒸發(fā)量）變化而及時(shí)調(diào)整，難以有效保證煙道內(nèi)噴氨量和氮氧化物的均勻性，為脫硝出口單點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確性造成了很大的困難。

3 深度脫硝優(yōu)化方案

根據(jù)原有脫硝噴氨控制系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題和缺陷，有針對(duì)性地解決原系統(tǒng)影響脫硝穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的問(wèn)題，現(xiàn)提出以下解決方案。

3.1 采用NOx 多點(diǎn)測(cè)量分析儀

針對(duì)該電廠脫硝系統(tǒng)兩側(cè)出口NOx濃度單點(diǎn)測(cè)量不能代表整個(gè)煙道截面的分布情況，測(cè)點(diǎn)數(shù)值代表性差的問(wèn)題，現(xiàn)采用NOx多點(diǎn)測(cè)量分析儀。

NOx多點(diǎn)測(cè)量分析儀采用成熟的化學(xué)發(fā)光法分析儀表，取樣原理采用稀釋法。該系統(tǒng)能在同一時(shí)刻同步抽取和分析格柵各點(diǎn)煙氣，即采用多點(diǎn)煙氣同步抽取同一時(shí)刻煙道截面多點(diǎn)煙氣，并逐點(diǎn)分析以獲取同一時(shí)刻濃度值，用來(lái)真實(shí)反映同一時(shí)刻煙氣成分分布的變化。

告知患者家屬、朋友等，多和患者交流，表達(dá)出自身的關(guān)心和鼓勵(lì)，使其能夠感受到溫暖，能夠積極的做好各項(xiàng)護(hù)理配合工作，有利于避免惡心嘔吐的發(fā)生。

A、B 兩側(cè)脫硝出口各有8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別代表同一截面不同區(qū)域的NOx濃度，以便全面分析出口各區(qū)域NOx的分布情況，并將它們的均值作為該側(cè)出口NOx的濃度值，為脫硝系統(tǒng)各反應(yīng)分區(qū)電動(dòng)調(diào)門(mén)的開(kāi)度調(diào)整和噴氨總量調(diào)門(mén)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)提供精確和及時(shí)的指導(dǎo)。

3.2 分區(qū)噴氨的實(shí)時(shí)控制

為解決原有脫硝系統(tǒng)入口流場(chǎng)不典型和各分區(qū)NOx濃度偏差大的問(wèn)題，現(xiàn)根據(jù)各分區(qū)NOx濃度變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)電動(dòng)門(mén)以實(shí)現(xiàn)氨氣的合理分配。將A、B 側(cè)脫硝反應(yīng)區(qū)域，各分成8個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)安裝獨(dú)立電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)分區(qū)測(cè)量值，自動(dòng)調(diào)整分區(qū)均勻性，實(shí)時(shí)優(yōu)化煙氣流場(chǎng)變化引起的NOx分布。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)新增電動(dòng)調(diào)門(mén)，控制邏輯采用相對(duì)應(yīng)的組態(tài)。在DCS 系統(tǒng)中，將每個(gè)分區(qū)氮氧化物的濃度和該側(cè)的混側(cè)值進(jìn)行比較，當(dāng)分區(qū)濃度比混側(cè)值高到一定的濃度差，該分區(qū)電動(dòng)調(diào)門(mén)將一次性增加1.5%個(gè)開(kāi)度，反之，當(dāng)分區(qū)濃度比混側(cè)值低到一定的濃度差，該分區(qū)電動(dòng)調(diào)門(mén)將一次性減小1.5%個(gè)開(kāi)度。這樣的組態(tài)方式很好地控制了各個(gè)噴氨電動(dòng)門(mén)的開(kāi)度，確保脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度分布的均勻性，與NOx多點(diǎn)測(cè)量分析儀共同作用，為噴氨總量的控制提供了具有代表性的可靠數(shù)據(jù)。

3.3 大數(shù)據(jù)智能分析站

對(duì)于噴氨總量的控制邏輯，現(xiàn)引入先進(jìn)噴氨自動(dòng)控制策略，策略中主要參數(shù)包含機(jī)組負(fù)荷、總風(fēng)量、二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度、總?cè)剂狭俊⒚撓踹M(jìn)出口NOx含量、氧量等機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)，以便對(duì)總量控制加以適當(dāng)?shù)那梆仯鉀Q噴氨總量反應(yīng)變化慢、不能根據(jù)工況及時(shí)調(diào)整的問(wèn)題。

大數(shù)據(jù)智能分析站通過(guò)大量采集脫硝系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立起較為準(zhǔn)確的爐膛燃燒NOx生成量預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷范圍內(nèi)NOx生成量的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，為噴氨總量的精準(zhǔn)控制提供了準(zhǔn)確又詳實(shí)的前饋數(shù)據(jù)。再根據(jù)噴氨總閥流量、兩側(cè)出口氮氧化物含量、煙囪入口氮氧化物含量等數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出噴氨支閥開(kāi)度。這就很好地解決了原脫硝組態(tài)調(diào)節(jié)手段單一，基本上為純滯后調(diào)節(jié)等突出性問(wèn)題，較好地滿足了現(xiàn)有運(yùn)行工況的要求。

此外，大數(shù)據(jù)智能分析站還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，用以存儲(chǔ)鍋爐側(cè)和脫硝系統(tǒng)相關(guān)的重要數(shù)據(jù)、脫硝兩側(cè)出口和總排口NOx濃度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。并通過(guò)人工智能技術(shù)對(duì)模型和算法不斷地進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，并具備在線更新功能，將持續(xù)為運(yùn)行機(jī)組的脫硝性能持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)脫硝裝置持續(xù)的智能化運(yùn)行。

4 改善效果

4.1 均勻性

經(jīng)過(guò)脫硝噴氨控制的優(yōu)化調(diào)整后，脫硝系統(tǒng)各分區(qū)NOx濃度相對(duì)平均，均勻性得到了明顯的改善。A、B 兩側(cè)出口NOx濃度場(chǎng)分布的不均勻度小于25%，氨逃逸率顯著降低，有效地控制在2ppm 以內(nèi)，避免了空預(yù)器堵塞等情況的出現(xiàn)。

根據(jù)脫硝兩側(cè)出口值與凈煙排口的瞬時(shí)值和小時(shí)均值進(jìn)行對(duì)比，三者之間的偏差低于5mg/Nm3，這說(shuō)明脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)的均勻性對(duì)噴氨總量的精準(zhǔn)控制具有良好的改善作用。

4.2 噴氨總量

通過(guò)噴氨優(yōu)化的前后對(duì)比可以看出，機(jī)組NOx排放滿足環(huán)保超低排放要求，總排口NOx濃度的小時(shí)均值控制在小于30mg/Nm3范圍內(nèi)，且NOx濃度的波動(dòng)范圍小時(shí)均值為±5mg/Nm3，脫硝出口氮氧化物瞬時(shí)值波動(dòng)值為±7mg/Nm3。

根據(jù)凈煙總排口的小時(shí)均值與設(shè)定值對(duì)比，小時(shí)均值在各種工況下跟蹤及時(shí)，均值與設(shè)定值偏差控制在5mg/m3以內(nèi)，且出口氮氧化物瞬時(shí)值超標(biāo)的次數(shù)大幅降低。自脫硝系統(tǒng)深度優(yōu)化以來(lái)，從未發(fā)生因自調(diào)引起的小時(shí)均值超標(biāo)，自調(diào)投入率達(dá)到了99.7%。

5 結(jié)論

該電廠的深度脫硝優(yōu)化改造已經(jīng)成功運(yùn)行一年多，取得了良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益，在保證煙囪入口NOx排放滿足地方排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，極大地減少了用氨量，使脫硝各分區(qū)NOx濃度更為均勻，氨逃逸問(wèn)題得到有效的控制，解決了空預(yù)器差壓大、空預(yù)器阻塞、煙囪入口瞬時(shí)值波動(dòng)大等固有問(wèn)題。

在接下來(lái)的日常維護(hù)中，還應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)脫硝反應(yīng)區(qū)均勻性的維護(hù)，確保分區(qū)的混側(cè)值可以更加準(zhǔn)確地反映脫硝系統(tǒng)內(nèi)部的情況，為總量調(diào)節(jié)提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)參數(shù)。對(duì)于噴氨調(diào)門(mén)的總量調(diào)節(jié)，還可以進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)部參數(shù)，減少NOx瞬時(shí)值超標(biāo)的次數(shù)，以提升脫硝反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而更好地滿足環(huán)保要求。