浅谈脱硝精确喷氨项目改造

刘田中

（山西京能吕临发电有限公司，山西 吕梁 033200）

1 机组设备概况及改造目的

公司甲4#发电机组锅炉设备由上海锅炉股份有限公司生产，型号：SG2093/17.5-M919，为亚临界一次中间再热强制循环汽包炉，采用单炉膛、倒U型布置、四角切圆燃烧、正压直吹式制粉系统，摆动式燃烧器调温，平衡通风、全钢架悬吊结构、半露天布置、固态排渣、燃用贫煤。

公司乙一期安装有两台350MW日本三菱公司生产的亚临界一次中间再热燃煤凝汽式机组，其中锅炉为日本三菱生产的亚临界控制循环燃煤汽包锅炉。通过此次项目的实施，目的在于控制2#机组脱硝系统SCR出口NOx浓度长期稳定低于20mg/Nm3，氨逃逸量的平均值小于2mg/Nm3，降低脱硝下游设备ABS沉积风险。通过此次项目的实施，为解决目前机组运行中遇到的实际问题（氨逃逸增加导致的空预器腐蚀、堵塞等），还能降低引风机电耗，减少氨用量，具有显著的经济和环保效益。同时，还能建立精细化的分区性能管控系统，有利于电厂的智能化管理解决。

2 主要实施内容（见图1）

图1 脱硝优化整体方案示意图

2.1 测量系统包括：NOx分区测量系统和精确氨逃逸测量系统

（1）NOx分区测量系统。

①NOx分析仪。采用稀释法与化学发光法相结合的NOx分析仪。稀释法的烟气抽取法与化学发光法相结合，具有不用除水，系统简单，大大降低了故障停运概率和维护成本。

②测点分区方式。两侧SCR出口烟道一共分12个区，每个区布置一个测点，共用一套NOx分析仪。

单侧烟道被划分为6个网格区域（炉前4个区域，每个区域通过联箱再分为6个支管，炉后2两区域，每个区域通过联箱再分为8个支管），每个网格区域设一个取样探头，两侧一共12个网格区域抽取的烟气经预处理和轮测切换装置，送入测量仪表。左右两侧分别配置一套测量仪表系统。

网格区域划分时，综合考虑SCR流场模拟的结果和现有喷氨装置的配置情况。一般而言，烟道两侧的速度梯度较大，所以分区较小；烟道中间部位的速度梯度较小，分区可以相对较大。各个测点位于分区的几何中心（见图2）。

图2 SCR出口烟道（A/B两侧）分区示意图

③分区测量控制模式。采用同时取样，用专用的储气装置锁定样品气体，分时轮测的技术方案。每个测点的测量时间为1分钟，所以14分钟即可将SCR出口烟道的NOx分布更新一次，满足分区控制的需要。同时取样保证了样品气为同一时刻的的烟道烟气，测量结果反映了NOx浓度的真实分布。

（2）氨逃逸测量设备安装位置在空气预热器前，SCR反应器之后。每侧烟道各安装一套，本项目共2套氨逃逸测量设备。

该设备采用原位取样方式进行测量，将测量腔整体安装在烟道内部。相比常规仪表，该仪表具有独特的优点：直接高温测量烟气，无须不抽出；高信噪比算法；零点和量程标定；极低吸附材料和流程。

2.2 控制系统包括喷氨总量先进控制系统和喷氨格栅均衡控制系统（见图3）

图3 喷氨总量控制系统原理图

喷氨总量先进控制系统，在喷氨自动中引入风煤比、入口NOx等参数作为前馈信号，参与喷氨总量的闭环控制中，解决了入口NOx测量滞后的问题。另一方面，通过试验得到不同负荷下的SCR反应器的传递函数，进而有针对性地实施先进控制算法模型。

2.3 执行机构是指喷氨格栅分区与自动控制装置

优化服务器将均衡控制算法得到的控制策略通过以太网通讯方式传输给DCS，有DCS系统发出各分区调节阀门的开度调节指令（见图4）。

图4 喷氨格栅均衡控制系统原理图

3 项目实施后运行情况及数据对比分析

3.1 公司甲效果对比

（1）氨逃逸仪表：投运后，表计能够很好地跟踪负荷以及SCR入口NO的变化。经过现场标气标定，测量误差小于2%。相比改造前，表计准确可靠，能够为控制和环保提供准确的数据支持。

（2）喷氨量：相比本系统投运前，按一周的总喷氨量计算，相对减少喷氨量6.8%。

（3）氨逃逸：在满足环保排放要求的前提下，氨逃逸相对投运前的5ppm降低至2.5ppm。

（4）出口NOx均匀性：根据分区仪表的测量数据，系统投运后，出口NOx的不均匀度从45.3%降至25.5%，降低了19.8%。

（5）出口NOx波动：根据DCS数据，系统投运后，出口NOx的波动相对降低。

（6）随着分区控制调门开度变化，对应分区的NOx有明显变化（下图红色曲线为分区调门开度反馈，绿色曲线为对应分区的NOx，蓝色曲线为不均衡度）。

（7）改造完成后，出口NOx控制稳定性明显增加，氨逃逸量控制在3ppm以内，但喷氨调门开度变化时，氨逃逸量无明显对应的变化趋势（图5红色曲线为出口氮氧化物，绿色曲线为喷氨量，蓝色曲线为氨逃逸，黄色曲线为入口氮氧化物，粉色曲线为空预器出口压，浅蓝色曲线为空预器入口压力）。

图5 氨逃逸量与其他参数对应曲线

3.2 公司乙效果对比

（1）改造前后对比，改造后A/B侧及总排出口NOx降低，NOx控制稳定性增加，改造前NOx波动约为±10mg/m3，改造后NOx波动约为±5mg/m3；完成改造后，SCR出口与总排出口NOx测量值之间倒挂现象基本消失，从侧面印证了SCR区域浓度均匀性得到改善。

（2）氨逃逸量控制稳定，并且根据喷氨调门开度的变化，氨逃逸量有相应的变化趋势（下图绿色为B侧喷氨调门开度反馈，黄色为氨逃逸测量值）。

图6 喷氨调门开度和氨逃逸量曲线

（3）改造后，机组与未进行精确喷氨改造项目的机组对比，过量氨气损耗有明显下降。

（4）分区浓度与氨逃逸。由该历史曲线可知，NOx浓度分区测量值可在较长时间保持均匀，其不均匀度约为10%，此时，实测的氨逃逸值均在1ppm以下。

在波动工况下，各个分区测量值随总喷氨量与总NOx排放量同步波动，此时，不均匀度略有上升，最高达到20%左右，此后待工况稳定后，经过调节逐步回到10%附近。

4 存在的问题

（1）公司甲精确喷氨项目改造完成后，NOx控制稳定性明显增加，氨逃逸量控制稳定，但此次改造项目同时增加导流板等，对区域流场进行了优化，并不能单独代表分区控制的优化效果。

（2）在总量控制无明显变化，分区控制不均衡度无明显变化，左右侧喷氨调门开度无明显变化，总喷氨量无明显变化的情况下，部分分区调门开度大幅度变化后，对应分区的NOx无明显变化，厂家给出的解释是由于管道及调门的节流，调门到达一定开度后，再增加开度喷氨量变化不大。分区自动调节还有优化的空间。

（3）公司甲项目改造后投入时间较短（2018年12月初），且改造前2#机空预器无堵塞现象，无直观的数据可以说明此次改造项目能改善空预器堵塞问题。

（4）分区控制系统现场增加了每个分区喷氨的流量计、管路压力表、反吹回路、稀释空气回路、采样回路等，管路节点较多，若发生泄漏或堵塞时将影响分区自动控制和脱硝系统运行。

5 结语

精确喷氨项目改造完成后，NOx控制稳定性明显增加，氨逃逸量控制稳定，但氨逃逸测量装置调试完后，氨逃逸量不随喷氨调门开度变化而变化，测量准确性无法得到保证。

项目改造后，精确喷氨系统投入时间不长，从曲线中观察项目改造前后喷氨量无明显下降，氨逃逸量均值有所下降但下降幅度不大，且改造前机组空预器无堵塞现象（项目改造前后空预器差压均为0.6kPa左右），无直观的数据可以说明此次改造项目能改善空预器堵塞问题。

项目实施后运行情况及数据对比分析部分数据为厂家提供，从历史曲线中不能较直观地观察出喷氨量等数据的降低。