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針對(duì)600MW燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中的一些問題，進(jìn)行了控制系統(tǒng)優(yōu)化，優(yōu)化后的系統(tǒng)不僅滿足環(huán)保排放要求，同時(shí)其可靠性及經(jīng)濟(jì)性也得到了提高。

1 引言

SCR脫硝(選擇性催化還原技術(shù))是目前比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)，它是一種爐后脫硝方法，是利用還原劑(NH3，尿素)在金屬催化劑作用下，選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O,而不是被O2氧化，故稱為“選擇性”。目前世界上流行的 SCR 工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR 2種。此2種法都是利用氨對(duì)NOx的還原功能，在催化劑的作用下將NOx(主要是NO)還原為對(duì)大氣沒多少影響的N2和水，還原劑為NH3。

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大唐國(guó)際王灘電廠機(jī)組為600MW亞臨界燃煤機(jī)組,鍋爐大連續(xù)蒸發(fā)量為2030t/h，電廠機(jī)組已運(yùn)行5年，于2011年新增了煙氣脫硝裝置，以降低煙氣中氮氧化物NOx的排放量。采用尿素?zé)峤夥ㄖ苽涿撓踹�原劑，公用系統(tǒng)及裝置按全廠2臺(tái)爐改造整體容量設(shè)置，兩臺(tái)爐脫硝系統(tǒng)均按照SCR入口NOx濃度為400mg/Nm3(6%O2，標(biāo)態(tài)，干基)設(shè)計(jì)，初裝2層催化劑后，要求在鍋爐任何工況處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于80%。

王灘電廠的脫硝工程采用的是選擇性催化還原脫硝工藝(SCR)，SCR 是目前比較成熟的煙氣脫硝技術(shù), 它是一種爐后脫硝方法，是利用還原劑(NH3，尿素)在金屬催化劑作用下，選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O，該方法脫硝效率高，價(jià)格相對(duì)低廉。脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)器是布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，煙氣在鍋爐出口被平分成兩路，兩路煙氣并行從鍋爐尾部低溫省煤器下部引出口至SCR 反應(yīng)器、經(jīng)過SCR反應(yīng)器進(jìn)入空預(yù)器。在催化劑的作用下，氨氣與煙氣中的NOx反應(yīng)生成氮?dú)夂退畯亩�達(dá)到除去氮氧化物的目的。

SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：

圖2-1 SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 SCR脫硝控制原理及控制方式

脫硝原理反應(yīng)方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

脫硝系統(tǒng)的控制方式一般分為效率控制模式和濃度控制模式。效率控制模式以脫硝效率作為設(shè)定值，能夠保持脫硝效率在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平，控制方式比較簡(jiǎn)單。濃度控制模式以SCR出口NOx濃度作為設(shè)定值，控制脫硝出口的NOx濃度滿足排放要求。對(duì)于采用低氮燃燒器的機(jī)組，SCR入口NOx濃度比較低的情況，濃度控制模式可以減少氨氣用量是比較經(jīng)濟(jì)的。由于脫硝入口NOx濃度是不斷變化的，而且變脫硝系統(tǒng)存在較大的滯后性，這種控制方式中調(diào)試和整定比較復(fù)雜。

采用哪種控制方式需要根據(jù)電廠的工藝系統(tǒng)情況確定，濃度控制模式對(duì)于出口濃度的控制比較直觀、穩(wěn)定，對(duì)于采用脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度比較低的電廠，采用濃度控制方式雖然相對(duì)要復(fù)雜一些，但在脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性方面是比較高的。王灘電廠脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了效率控制模式和濃度控制模式兩種控制方式，由于鍋爐低氮燃燒器的效果不錯(cuò)，脫硝系統(tǒng)入口一般控制在400mg/Nm3(6%O2，標(biāo)態(tài)，干基)以下，因此在完成系統(tǒng)調(diào)試后，一般都運(yùn)行在出口濃度控制模式。

上述兩種方式都需要根據(jù)出口濃度及脫硝效率，獲得需氨量，氨氣的噴入量通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)門進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴氨量少會(huì)使脫硝效率過低，過多不但容易導(dǎo)致氨逃逸率上升造成尾部煙道積灰腐蝕，而且從經(jīng)濟(jì)性方面考慮也是一種氨需量的浪費(fèi)。

氨消耗量的計(jì)算如下：

從上面的計(jì)算公式，我們可以知道WNOX(SCR入口NOx的含量)、Vgas(SCR入口煙氣量)，是計(jì)算氨消耗量至關(guān)重要的參數(shù)，SCR 入口NOx的含量通過專用脫硝CEMS分析儀表能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)，但SCR入口煙氣量由于煙道的尺寸及煙道內(nèi)氣體流動(dòng)的不均勻性，很難檢測(cè)的非常準(zhǔn)確，也是氨消耗量計(jì)算的一個(gè)難題。

3.1 控制方式優(yōu)化

3.1.1 優(yōu)化SCR入口煙氣量計(jì)算

理論上SCR入口煙氣量與機(jī)組負(fù)荷應(yīng)該有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，但生產(chǎn)實(shí)際中由于煤種的變化，漏風(fēng)量的變化，運(yùn)行人員操作習(xí)慣的不同，尤其在現(xiàn)在電網(wǎng)對(duì)機(jī)組快速響應(yīng)的要求不斷提高，二個(gè)細(xì)則實(shí)施以來，SCR入口煙氣量與機(jī)組負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系在不斷的發(fā)生變化。如下圖3.1負(fù)荷、煙氣量、NOx濃度趨勢(shì)圖所示，在14:58:37到15:03:51之間機(jī)組負(fù)荷保持不斷的情況下，鍋爐總風(fēng)量還是存在比較大的變化。因此，利用SCR入口煙氣量與機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合煙氣量曲線，并用實(shí)際總風(fēng)量進(jìn)行修正是一種比較接近機(jī)組運(yùn)行中多變的實(shí)際情況的。一種比較簡(jiǎn)單的方案是用SCR入口煙氣量與機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合的煙氣量曲線與實(shí)際煙氣量(一般在DCS系統(tǒng)中都有相應(yīng)的計(jì)算)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。