SCR系统部署过程中的常见问题分析

李卫忠

摘 要：就燃煤动力锅炉SCR系统中的常见问题进行了分析，认为对原有锅炉的SCR系统进行升级，并使用嵌入式系统的分层算法，可以提高SCR系统的控制精度和运行效率。

关键词：SCR系统；监控系统；升级方案；大数据

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0116-02

SCR系统在燃煤动力锅炉系统中的应用越来越广泛，目前，绝大部分大型燃煤动力锅炉均采用了SCR脱硝技术。因为SCR脱硝技术与SNCR脱硝技术并不相斥，所以越来越多的燃煤锅炉同时采用了SNCR和SCR技术。通过在锅炉中分段通入氨气，可以最大程度地降低锅炉中硝氧化物的含量。但这种方法在实践过程中，还存在较多的问题。

1 SCR系统现状

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）的原理是在催化剂的作用下，还原剂NH3在290～400 ℃下有选择地将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3与O2的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。

其中的主要反应有：4NH3+6NO=5N2+6H2O；8NH3+6NO2=7N2+12H2O；4NH3+3O2=2N2+6H2O；4NH3+5O2=4NO+6H2O；2NH3可逆生成N2+3H2.

SCR系统由氨供应系统、氨气/空气喷射系统、催化反应系统和控制系统等组成，为避免烟气再加热消耗能量，一般将SCR反应器置于省煤器后、空气预热器之前，即高尘段布置。通过空气预热器前的水平管道加入氨气，并与烟气混合。由于技术的成熟和高脱硝率，SCR法现已在世界范围内成为大型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺。截至2010年底，我国已投运的烟气脱硝机组容量超过2×109 kW，约占煤电机组容量的28%，其中，SCR机组占95%.

SCR系统不但可以安装在燃煤动力锅炉中，还能安装在大型船舶柴油机等低温动力系统中，其本身是充分利用尾气预热的一个节能项目。

2 SCR常见问题

2.1 温度控制问题

与SNCR较好的温度适应性不同，SCR的反应温度在290～400 ℃之间。虽然SCR的反应区设置在了节煤器与空气预热器之间，但此区间的温度控制在以往的燃烧控制中并不是重点。在布置了SCR系统后，节煤器与空气预热器之间的温度控制成为燃烧控制多目标控制主机中的又一个重要目标。

因为要重点控制节煤器与空气预热器之间的尾气温度，与之配合的燃烧控制、四管控制、供风控制等都可能受到影响。而锅炉要保证最优的燃烧效率，SCR控制目标就可能受到影响。当这两者出现矛盾时，锅炉的燃烧控制任务就出现了问题。

2.2 反应效率问题

除温度外，NH3的投入量、催化剂的选择、催化剂的回收方法、催化剂的投入量等都会对SCR的反应效率造成影响。由于本文系统中研究的SCR采用蜂窝反应器设置，蜂窝反应器中的小管道众多，且系统布置在除尘器之前，属于高尘区，风流速较慢，因此，反应容器内的烟尘沉积量较大。烟尘沉积覆盖催化剂表面，对反应效率也有较大影响。目前还没有行之有效的方法来控制烟尘沉积量，所以只能通过对反应区进出口的硝氧化物含量的判读来判断系统效率。

2.3 与锅炉系统的配合问题

在SCR系统脱硝过程中，烟气在通过SCR催化剂时，将进一步强化SO2→SO3的转化，形成更多的SO3。在脱硝过程中，由于NH3的逃逸是客观存在的，它可能在空气预热器处与SO3形成硫酸氢氨，其反应式为NH3+SO3+ H2O→NH4HSO4.

硫酸氢氨在不同的温度下分别呈气态、液态、颗粒状。对于燃煤机组，烟气中飞灰含量较高，硫酸氢氨在146～207 ℃温度范围内为液态；对于燃油、燃气机组，烟气中飞灰含量较低，硫酸氢氨在146～232 ℃温度范围内为液态。

气态或颗粒状液体状硫酸氢氨会随着烟气流经预热器，不会对预热器产生影响；而液态硫酸氢氨捕捉飞灰能力极强，会与烟气中的飞灰粒子相结合，并附着于预热器传热元件上，形成融盐状的积灰，造成预热器的腐蚀、堵灰等，进而影响预热器的换热和机组的正常运行。因此，要对SCR监测系统进行相应的优化。

3 SCR监测系统升级方案

3.1 监测项目

该系统监测任务分为主动监测和数据共享两个部分。主动监测部分是指该系统可以直接调用的探头数据，数据共享部分是从其他数据接口中读取的数据。

主动监测部分包括：①省煤器出口气体温度，分4点形成断面数据。数据按照50 ms间隔形成微分数据流。②空气预热器进口气体温度，分4点形成断面数据。数据按照50 ms间隔形成微分数据流。③进口NO2分压、进口NO分压、进口NH3分压、进口N2分压、进口H2分压和进口H2O分压。④出口NO2分压、出口NO分压、出口NH3分压、出口N2分压、出口H2分压和出口H2O分压。⑤尾气静压和动压。

数据共享部分的数据需求包括：①从内部用电总线电能质量监测系统中获得可供系统调用的电能质量信息，包括电压、电流、波形等。本文系统使用2组各4个喷嘴喷入氨气，主要电能能耗来自氨气加压系统、控制系统和本文系统本身的嵌入式用电设备。虽然该系统的实际用电容量不超过2 kV·A，但对电能质量的要求较高，所以系统前置配备了小容量UPS作为电能整理和断电保护。②从燃烧控制系统中得到燃烧室温度、过热器温度、再热器温度、省煤器温度、汽包温度、水冷壁温度、空气预热器温度等信息，同时获得系统内各电动机和阀门的状态。

3.2 近端嵌入途径

近端嵌入途径主要有：①由于该系统最高温度仅有400 ℃，在极端情况下，温度可以达到约470 ℃。出口端温度正常为290 ℃，极端情况下可能达到350 ℃。所以，该系统完全可以使用直接测量法得到温度。使用热敏电阻法直接得到监测需求中的8个温度监测点的温度。②该系统中需要监测的分压可采用旁路光谱法直接获得。使用经过冷却的旁路光谱仪直接测定系统气体中的各种气体分压。③使用皮托计测量尾气经过该系统时的分压。④由于该系统需要监测的数据量并不大，但监测周期较长，所以，该系统使用3个全志ARM7系统分别在近端对温度系统、分压系统、压力系统等进行近端数据整理。使用1个全职A31系统对全部数据进行汇总。⑤系统各部件之间使用千兆以太网传输数据，以对防水屏蔽双绞线的形式实现数据传输。

3.3 算法研究

3.3.1 数据传递算法

该系统的3个ARM7系统的主要任务是校核数据，并转发向A31系统。A31系统的主要功能是利用A31内置的安卓操作系统和LITE系统暂存数据，并通过上级网络向大数据转发。

3.3.2 数据校核算法

该系统使用小波分析法和四段回归法对数据进行校核，不合格数据线或较远的数据会直接触发报警。

3.3.3 模糊控制算法

该系统使用4档NH3控制喷入效率。本文模糊控制的最终决策是喷入NH3的量的增加和减少，主要参考量是进口各气体的分压和出口各气体的分压。同时，该系统根据进口温度和出口温度的变化遥控燃烧系统，为燃烧系统提出炉温控制建议。建议将炉温控制作为燃烧系统神经元分析的自变量之一。

3.4 大数据接入方式研究

该系统作为锅炉大数据系统的一部分。锅炉大数据系统可在调度网络中直接读取A31内的所有数据。A31内的数据库采用密钥式安全管理，只要在锅炉大数据系统中设置A31数据库的IP地址，端口号和访问密钥就可以满足大数据的整合需求。

4 结束语

通过对SCR监控系统的升级改造，可以使得SCR系统的运行实现自动化，且使SCR系统的运行更加精确和高效。锅炉监控系统是未来锅炉各子系统均会配置的标准子系统，各子系统之间形成的锅炉大数据，对锅炉控制能力的提升有直接的帮助作用。

参考文献

[1]赵宗让.电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化.[J].中国电力，2012.11（11）：89-91.

[2]凌忠钱，曾宪阳，胡善涛，等.电站锅炉SCR烟气脱硝系统优化数值模拟.[J].动力工程学报，2014.1（01）：65-67.

〔编辑：王霞〕