火电厂SCR烟气脱硝控制及优化分析

黄 蒙 李 炜 赵亮宇

（山东电力工程咨询院有限公司，济南 250013）

现阶段，我国较多的燃煤火力发电企业在建设锅炉脱硝装置以及改造过程中，已经将脱硝喷氨自动调节系统中存在的自动调节以及整定等方面的问题确定下来。换言之，脱硝的出口、入口烟气流量以及浓度波动幅度普遍较大，存在不规律的情况，这导致火力发电企业在供电期间，往往会产生大量污染气体，不仅严重污染外界环境，也与我国的环保要求相背离。当前，我国已经提升了NOx的排放标准，使得火力发电企业不得不大力提升脱销效率。

1 SCR烟气脱硝技术

我国SCR烟气脱硝技术起步较晚，伴随我国氮氧化物减排要求的提升，SCR烟气脱硝技术也得到快速发展。一般而言，SCR烟气脱硝控制系统主要包括以下几个部分，即SCR反应器区、除灰和还原剂区以及蒸汽与声波吹灰等系统的控制。

通常，SCR脱硝装置被均匀地布置在高灰段，主要被安装在锅炉省煤器和空预器之间。还原剂存储和制备区的布置处于独立状态，为此SCR脱硝控制系统作为单元系统，对两个区域的仪表布置以及控制功能的划分情况需特别重视。

脱硝反应器区域控制系统主要应用的SCR控制子系统较为独立，将其纳入各个机组的DCS中，使其形成SCRDCS。在机组电子间，SCR-DCS能够被集中安装在其中，也能够利用机组DCS远程站将其就地放置。但是，机组DCS远程站方式对于就地脱硝电子间环境有着较高的要求，为此该种方式不推荐使用。而SCR-DCS集中安装方式在维护管理方面有着积极意义，加之远程I/O站方式在不给系统安全性、稳定性以及操作监视效率带来负面影响的前提下，其设备以及安装成本被控制在最低状态。

2 常规喷氨自动控制系统分析

喷氨量控制系统主要根据锅炉烟气流量以及烟气温度、SCR反应器进出口NOx等参数，对喷氨量进行自动调节，以确保喷氨量在可控以及合理的范围内。

首先，在信号测量方面进行控制。信号测量主要对烟气流量进行测量。喷氨量控制期间，往往需要按照烟气流量对喷氨量展开严格的控制，而氨量的控制效果以烟气流量测量的准确性为主。而烟气流量的计算方法主要有：通过DCS锅炉负荷对烟气流量进行计算；按照热量需求信号以及主蒸汽流量信号对烟气流量计算等[1]。

另外，可以根据DCS总风量对烟气流量展开严格的计算，但是总风量的测量存在较大误差。在氨流量测量方面，喷氨量控制系统往往对流量测量有较高的要求，同时在流量计算方面还需要经过密度修正的过程，而在对DCS进行计算的过程中，密度修正可以忽略。

3 优化烟气SCR控制策略分析

3.1 优化还原剂消耗

通常，SCR脱硝系统中的还原剂主要有三种，即氨水、无水氨和尿素。其中，氨的毒性较强，在一定浓度单位之内还拥有可燃性以及燃爆性。为此，氨往往被认为是一种危险物。这些危险性质的存在，致使火电厂SCR系统运行期间，需对氨采取一种特殊的保护措施。例如，不断优化还原剂，严格控制还原剂的整体消耗量，以达到氨保护的效果

当SCR脱硝系统启动并正常投运后，为了达到预期脱硝效果以及其他脱硝技术指标，人们要做好系统控制和参数优化等工作。

首先，需要定值优化。在投入运行后，需按照SCR脱硝系统的整体运行情况，对控制系统设定值、报警限值与吹灰控制时序等的控制参数进行核定与优化。

其次，对PID控制参数进行优化。在喷氨量控制系统中，主调节器积分最为合适的时间段为300～400s；副调节器积分时间则在200s左右最为合适。对于氨区蒸发器等设备所控制的PID参数，往往需要在现场进行整定和优化。

另外，SCR出口NOx控制对机组负荷跟踪性能展开优化。当机组负荷出现较大变化时，此时SCR出口NOx的浓度便会出现较大波动，其主要原因在于没有全面考虑烟气流量变化给喷氨带来的影响，此外还有回路参数设计不合理等原因[2]。因此，人们要对控制系统跟踪参数展开有效优化，使得主调节器处于输出最小化状态。一般而言，主调节器输出最小化表现在SCR出口NOx浓度不需要通过PID运算跟踪机组负荷，这表明前馈回路所计算出来的喷氨量已经最大限度地满足相关控制要求，可见，主调节器的输出最小化便是最为简单有效的优化方案。

3.2 优化吹灰系统

火电机组在运行期间，不同位置受热面积不同，致使其积灰与结渣倾向以及速度等存在较大的偏差，因此不同位置受热所需要避免的灰沉积对象也存在极大的不同点[3]。定期的吹灰方式是指将不同位置的受热面不做区别就展开吹扫工作。该种方法能够在某种程度上达到吹灰方面的需求，却缺少合理性和经济性，所以不同位置的受热面必须应用不同的判断方式将吹灰时间确定下来，对吹灰系统展开优化，将该系统的作用充分发挥出来。

一般而言，锅炉总烟气流量的测量主要应用直接测量与间接计算两种方式。其中，烟气流量直接测量方式有两种，一种为利用皮托管配差压扁送气的常规风量测量方式，该种方式在应用期间需要详细分析烟气固体颗粒对所检测的元件防磨防堵要求，考虑测点是否合理，是否能够代表整个流场进行分布。另一种则通过热敏原理的测量元件进行测量[4]。虽然热敏测量元件可以有效解决高温、防磨以及防堵问题，但是该种方式的测量结果比较滞后，探头易污等，这给测量结果带来一定负面影响。因此，使用该方法时需慎重考虑其利弊。

通过计算的方式，将烟气流量计算出来，之后乘以入口NOx浓度和设定值之差，再乘以氨氮摩尔比，所得结果便是氨气流量。其中，摩尔比主要按照系统所设计的脱硝效率计算得出。

在SCR脱硝系统中，最为普遍的问题便是氨逃逸，该问题无法在短时间内得到解决，却存在可控性，能够控制在合理范围内[5]。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均匀。要解决该问题，便需要在投运前，优化喷氨格栅，调整每一个喷氨平衡阀，使得SCR反应器进口喷氨平衡阀能够均衡调整，最终使得SCR反应器进口氨氮处于均匀状态，以达到提升SCR出口NOx浓度分布均衡的目的。

4 结语

火电厂在运行期间，SCR烟气脱硝控制系统的优化极为重要。当前，火电厂SCR烟气脱硝控制系统并不完善，依旧有问题存在，这影响了火电厂的正常运行。因此，我国很多火电厂目前已经对烟气SCR控制系统展开优化，从还原剂消耗、催化剂优化以及吹灰系统优化等方面着手，最终使得火电厂SCR烟气脱硝控制更加有效。

[1]武宝会，崔利.火电厂SCR烟气脱硝控制方式及其优化[J].热力发电，2013，42（10）：116-119.

[2]毛奕升，吴智鹏，张孝天，等.火电厂SCR脱硝系统喷氨优化调整及烟气取样方法改进[J].中国电力，2017，50（4）：167-171.

[3]王镇，薛姗姗，盛玉和，等.火电厂SCR烟气脱硝控制逻辑优化[J].黑龙江电力，2015，37（5）：463-466.

[4]廖永进，徐程宏，余岳溪，等.火电厂SCR烟气脱硝装置的运行优化研究[J].锅炉技术，2008，39（5）：60-63.

[5]秦天牧，刘吉臻，杨婷婷，等.火电厂SCR烟气脱硝系统建模与运行优化[C].2015 年中国电机工程学会年会论文集，2015：1-6.