SCR烟气脱硝工艺在迁安热电公司的应用

田金刚 梁秀满

摘  要：文章介绍了迁安热电公司1×220 MW超高压、双抽凝汽式汽轮机组烟气脱销系统主要工艺流程及、脱硝系统控制方式及热工自动化设备配置，利用固定摩尔比及PID计算方法，控制供氨门，使迁安热电公司污染物烟气排放浓度达到国家标准。

关键词：氮氧化物;脱硝技术;SCR;过程控制;200 MW机组

中图分类号：X773     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0046-02

1  烟气脱硝处理历史背景

2011年7月29日，国家环保部发布新的《火电厂大气污染物排放标准》，对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值提出了全球最严格的要求，要求现有机组在2014年下半年实现达标排。其中，二氧化硫排放限值从原标准的400～1 200 mg/Nm3调降到50～400 mg/Nm3;烟尘排放限值从原标准的50～200 mg/Nm3调降到20～30 mg/Nm3;氮氧化物排放限值从原标准的450～

1 500 mg/Nm3调降到100～200 mg/Nm3。

2  SCR脱硝工艺原理及系统组成

选择性催化还原系统（SCR）的基本原理即通过向烟气中喷入氨（NH3）作为还原剂将烟气中的氮氧化物（NOX）还原成氮气和水。

根据迁安热电公司厂区总平面布置的规划，脱硝剂制备区域布置在#1电除尘东侧。锅炉钢梁构架在尾部烟道脱硝预留空间安装脱硝设施。脱销系统包括烟道、SCR反应器、催化剂、氨喷射系统、吹灰、液氨贮存和制备系统及控制系统7个部分。SCR脱硝系统工艺流程如图1所示。

3  脫硝控制系统设计

迁安热电公司脱硝控制系统由两部分组成：单元机组脱硝SCR区远程控制站和液氨贮存和制备系统远程控制站。主要监控项目有：脱硝反应器SCR监控;脱硝公用系统监控;脱硝岛电气系统监控;烟气检测、成份分析;SCR反应器吹灰系统监控。

脱硝SCR控制系统采用日立H-5000M分散控制系统，硬件选用HISEC04-M/R600C连接控器。脱硝SCR区工艺控制系统作为单元机组DCS系统的一个子站分别纳入到单元机组DCS系统进行监控，运行人员直接通过集控室中单元机组DCS操作员站完成对脱硝SCR系统参数和设备的监控，新增脱硝SCR系统通过主机现有工程师站进行画面组态及逻辑组态。

氨制备与供应系统区的控制PLC控制系统加上位机控制方式。PLC主机采用双机热备，冗余的电源模件，数据总线采用冗余结构，以冗余通讯方式接入全厂辅助控制系统网络，由全厂辅助控制系统的操作员站完成对氨制备与供应系统区设备的监控。脱硝氨区控制系统硬件采用施耐德Modicon QUANTUM PLC控制系统，增加一台操作员站兼工程师站。氨区控制系统组态图上位机系统监控软件应为iFIX软件包，配套提供操作系统编程和组态。

4  热工自动化功能

脱硝工艺系统SCR区采用与机组DCS一体化配置的控制系统，纳入单元机组DCS系统;并由机组DCS操作员站CRT实现对脱硝SCR区的监控，其功能包括：数据采集（DAS）系统;模拟量控制（MCS）系统;顺序控制（SCS）系统。

4.1  数据采集（DAS）系统

脱硝控制系统数据连续采集和处理所有与脱硝系统有关的重要测点信号及设备状态信号。

DAS基本功能具有过程变量输入扫描处理、固定限值报警处理并可报警切除、显示数据功能。

4.2  模拟量控制（MCS）系统

SCR反应器氨气流量控制，SCR烟气脱硝系统氨气流量控制按照固定摩尔比控制逻辑进行设计。固定摩尔比控制：SCR反应器入口的NOx浓度乘以烟气流量得到NOx信号，该信号乘以所需NH3/NOx摩尔比就是基本氨需量信号，此信号作为给定值送入PID控制器与控制器修正后的氨气流量信号的偏差来控制氨空混合器前调节阀的开度以调节氨空混合气流量。

液氨蒸发器水温调节系统，该调节系统通过控制进入蒸发器的加热蒸汽量实现蒸发器内水浴温度的恒定。水温设定值（根据工艺系统确定）送入PID控制器与实测值比较后输出调节信号控制液氨蒸发器入口蒸汽门的开度调节水浴温度（60 ℃），使氨气至缓冲槽能维持一定的温度（40 ℃）和压力。

氨气缓冲罐压力调节系统通过调节蒸发器入口的压力调节阀控制氨气缓冲罐的压力，以保证系统稳定的供氨压力（0.15 MPa）。

4.3  顺序控制（SCS）系统

脱硝系统顺序控制系统根据工艺的要求实行分级控制，分级原则如下：

①驱动级控制：作为自动控制的最低程度。

②子组级控制：一个辅机为主及其相应附助设备的顺序控制。

③功能组级控制：整个烟气脱硝系统启/停的自动控制并对子组发出控制命令。

4.4  联锁保护

SCR系统设计有必要的联锁保护，以保证系统能安全、可靠地运行。当脱硝系统出现下述任一情况时，自动解列脱硝系统（SCR跳闸）：

①反应器入口温度高;

②反应器入口温度低;

③稀释空气流量低;

④氨空比例高;

⑤稀释风机跳闸;

⑥氨气母管供氨压力低;

⑦锅炉MFT。

4.5  脱硝辅助控制系统

烟气检测和分析是脱硝系统重要组成部分。烟气连续监测装置采用直接抽取法的测量仪表，测量系统由取样、检测、校准标定、数据采集等部分构成。SCR反应器出口NH3逃逸率的检测采用直插激光法，均可以保证其测量精度和实时性。SCR反应器出入口NOx、O2直接抽取法。液氨储存及供应系统周边设有氨气检测器，以检测氨气的泄漏，当检测器测得大气中氨浓度过高时，向辅控操作员站发出警报。

5  固定摩尔比控制调节原理

脱硝系统喷氨量的控制方式主要有两中：一为固定氨氮摩尔比控制方式，另一种为出口NOx定值控制方式。迁安热电公司采用固定摩尔比控制控制方法。

氨气流量=气体流量×氮氧化物浓度×摩尔比

由锅炉空气流量到烟气量的计算与出口NOx常量控制方法的计算方法相同。脱硝系统最低投运负荷为50%，此负荷率可不用投油助燃，因此锅炉烟气流量最终可依据煤质分析结果计算烟气流量。NOx流量信号。上述烟气流量（DFGA）乘以反应器入口NOx浓度是计算出的NOx流量信号。

E（NOx流量信号）=DFGA（烟气流量）×D（入口NOx浓度）

函数发生器FG1是用来把锅炉空气流量转化出NOx浓度（A），具体函数可根据运行参数拟合。摩尔比能从脱硝效率计算得出，具体定值可在调试时确定。

G（所需要的NH3流量信号）=E（NOx流量信号E）×（固定摩尔比）

净氨气的流量通过氨气喷射母管的温度和压力修正。当温度差在高低温度周期改变很大并且当压力变化很大时，误差增加。超前-滞后预喷氨控制，为了修正NOx反应器催化剂反馈滞后和NOx分析仪响应滞后，超前-滞后预喷氨预喷射氨气实施如下：烟气流量信号（DFGA）被用作负荷变化信号。对于负荷变化信号有必要采用一个尽可能迅速的预测NOx变化的信号。在某些情况下，也可用发电量需求信号、主蒸汽流量信号，这些信号比烟气流量信号（B）更迅速的预测NOx变化。如果荷载变幅很大，执行超前-滞后预喷氨气修正回路。当负荷无变化时，无需执行超前-滞后预喷氨修正。固定摩尔比控制调节原理图如图2所示。

6  性能实验

迁安热电公司1号机组选择性催化还原（SCR）脱硝装置，为了测试该机组脱硝装置其脱硝性能是否能够满足设计性能保证值要求，委托华北电力科学研究院有限责任公司对这台机组的脱硝装置进行性能考核试验。SCR烟气脱硝装嚣性能试验期间脱硝系统DCS表盘记录数据（100%负荷，试验期间平均值）见表1，SCR烟气脱硝装置性能试验期间脱硝系统DCS表盘记录数据（75%负荷，试验期间平均值）见表2。

7  结  语

从上述表中可以看出，迁安热电公司1号机组进行脱硝改造工程后，NOX去除效率大于80%，迁安热电公司脱硝系统满足工艺流程先进，能有效控制脱硝后烟气浓度值，可满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）表1标准。

參考文献：

[1] 李峰，王立，高富春.SCR烟气脱硝自动控制系统及其在国华三河电厂的应用[J].热力发电，2009，（5）.