火電廠脫硝環保系統改造及優化

金 飛，馬 瑞，楊春來

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

火電廠脫硝環保系統改造及優化

金 飛，馬 瑞，楊春來

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對河北省南部電網某火電廠2號機組脫硝環保系統出現的問題，從煙氣測量、噴氨調節閥流量特性和控制策略等方面制定具體改造方案，由改造效果可知此次優化改造能保證氮氧化物排放達到環保部門新標準的要求。

脫硝系統；煙氣連續測量；氮氧化物排放；控制邏輯

1 概述

2015年8月，河北省環保廳下發了《燃煤電廠大氣污染物排放標準》，要求河北地區現役火力發電機組在標準狀態下的氮氧化物排放小于50 mg/m3。

河北省南部電網某火電廠1期2臺機組燃燒的是山西褐煤，鍋爐為∏型鍋爐，對沖燃燒，標準狀態下省煤器出口氮氧化物濃度在300～600 mg/m3波動，工況較為惡劣，于2013年加裝SCR脫硝系統，位置在省煤器和空預期中間，三層SCR反應器全部投入并且完成鍋爐低氮燃燒改造，但運行期間出現很多問題，使SCR出口氮氧化物濃度很難達到環保排放標準。在這種情況下，對其已運行的脫硝環保系統進行分析試驗，從煙氣測量、噴氨調節閥流量特性和控制策略等方面制定具體改造方案并實施，以下以該電廠2號機組為例，介紹其改造優化方法和效果。

2 脫硝環保系統存在的問題分析

2.1 煙氣連續檢測系統(CEMS)測量不準確且頻繁故障

2號機組CEMS系統采用的是抽取法檢測，其“L”型采樣抽取管道過長，造成近1 min測量的延遲；脫硝裝置區域煙塵濃度較高，最大高于20 000 mg/m3，有濾塵器進行過濾，煙塵濃度大，容易濾塵器堵塞，濾塵器堵塞會使測量值偏低延遲加大，清理濾塵器過程中會造成測量中斷；脫硝裝置區域除了煙塵濃度高，還存在高流速顆粒物，對檢測探頭的沖刷打磨非常嚴重；現有的抽取法儀器使用普通特氟龍管線不能適用260 ℃以上高溫，脫硝裝置區域煙氣溫度高，大于400 ℃，會變形或加速老化；脫硝后煙氣含逃逸氨，在低于280 ℃時會產生銨鹽結晶，進而堵塞管線。

2.2 噴氨調節閥流量特性差

2號機組脫硝系統在運行過程中，噴氨流量經常大幅波動，調節閥線性惡化，調節閥動作頻繁，經常在完全關閉和打開之間反復波動，造成整個系統振蕩，出口氮氧化物濃度超標[1]。經過分析，發現制氨過程中蒸發器溫度和出口氨氣壓力不穩定是噴氨流量波動大的成因。

2.3 噴氨自動控制品質差

2號機組原噴氨控制策略為傳統PID單回路，用出口氮氧化物濃度與設定值之間的偏差乘以PID函數加上負荷變動前饋，控制噴氨調節閥開度，以到達出口氮氧化物濃度設定值。

當爐膛燃燒發生變化時，SCR入口氮氧化物濃度隨之變化，出口氮氧化物濃度會發生跳變，噴氨調節閥劇烈擺動，氮氧化物排放超標。每隔1 h的脫硝系統吹掃過程中，出入口氮氧化物濃度測量設備會保持當前值，造成近3 min的盲區，測量恢復后，噴氨調節閥會劇烈擺動，導致系統不穩定。

3 優化改造措施

3.1 應用脫硝檢測新技術

針對原有抽取式檢測方法產生的各種缺陷，現采用噴射引流+煙氣回流組合探頭的新技術來進行檢測，探頭示意如圖1所示。

圖1 噴射引流+煙氣回流組合探頭示意

新技術產品采樣探頭為煙道旁直接測量，取消了采樣抽取管道，實際響應時間為5 s以內；采樣探頭的工作原理是基于文丘里效應，持續向煙道內噴射壓縮空氣，探頭前端不加濾塵器，利用高溫顆粒物的流動性，將含顆粒物的煙氣引至煙道外傳感器下方檢測，再與噴射空氣混合送回到煙道內，這樣屏蔽了煙塵濃度高低對檢測的影響。該技術在一個傳感器內連續完成了氧氣的檢測、二氧化氮向一氧化氮的轉換和氮氧化物的檢測，傳感器由氧化鋯厚膜材料組合成一體結構，測量池、加熱和控溫均密閉在傳感器中，解決了環境惡劣對傳感器的影響；整個探頭結構均為金屬或陶瓷制品，沒有塑料/橡膠等不耐高溫的部件；雙池厚膜氧化鋯傳感器工作溫度大于800 ℃，無需降溫可以直接檢測大于300 ℃煙氣，當煙氣溫度小于300 ℃時脫硝裝置會停止噴氨，故不會發生銨鹽結晶。

該技術檢測氮氧化物濃度采用雙池厚膜氧化鋯傳感器，傳感器原理和結構示意如圖2所示，具體檢測原理如下。

圖2 雙池厚膜氧化鋯傳感器原理和結構

a.被測氣體擴散進入傳感器第一測量池：第一測量池內的氧氣被排出(氧泵)，產生極限電流，通過測量這一極限電流來檢出被測氣體中的氧氣濃度。同時第一測量池內還發生二氧化氮分解反應：2NO2→2NO + O2,完成NO2→NO轉換。由于此過程中產生的氧氣濃度量綱僅為10-6V/V，所以對氧氣測量的影響可忽略不計。

b.被測氣體繼續擴散進入傳感器第二測量池：第二測量池內一氧化氮產生分解：2NO→N2+ O2，分解的氧氣被排出(氧泵)，產生極限電流，通過測量第二測量池的極限電流來檢出被測氣體中的氮氧化物濃度。

3.2 加裝調節閥

a.從輔汽聯箱來的蒸汽直接進入蒸發器加熱液氮，溫度高于70 ℃關閉進口閥門，低于60 ℃打開，溫度的波動造成蒸發器內壓力的波動，進而影響噴氨流量。在蒸汽進口處加裝調節閥來穩定蒸發器溫度，如圖3所示，采用單回路PI控制，P=0.4、I=80，將溫度設定為65 ℃。

圖3 脫硝系統調節閥安裝位置

b.在緩沖罐出口有一個氨氣快關閥，在出口氨氣壓力到達0.5 MPa時聯鎖關，低于0.3MPa時聯鎖打開，蒸發器內壓力變化很快，而緩沖罐容積過小，造成快關閥頻繁動作，出口氨氣壓力頻繁波動，氨氣流量頻繁變化，最終使SCR出口氮氧化物濃度排放超標。在快關閥前加裝調節閥來穩定蒸發器出口壓力，如圖3所示，采用單回路PI控制，P=2、I=100，將壓力設定為0.25MPa。

3.3 升級噴氨自動控制策略

a.將原有單回路PID升級為可以消除噴氨流量內擾的串級回路控制，主調節參數為P=1.0、I=90，副調參數為P=0.95、I=35，控制策略流程見圖4。

圖4 脫硝噴氨系統控制流程

b.鍋爐燃燒過程中，氧量變化可以快速表示SCR入口氮氧化物濃度變化，選取氧量作為前饋的因變量。

c.經過反復觀察，兩側SCR出入口氮氧化物濃度在運行過程中成等趨勢變化，而且兩側脫硝系統吹掃的時間不一樣，因此在吹掃時選取對側出入口氮氧化物濃度作為本側測量值，吹掃結束后恢復。

4 優化改造效果

該電廠脫硝環保系統改造優化后，由現場試運期間的數據分析，取得了顯著效果。

a.CEMS系統采用噴射引流+煙氣回流組合探頭的新技術，提高了測量數據快速性和準確性，減少了日常人工清理的工作量，降低探頭的故障率，為脫硝系統的正常穩定運行打下了堅實基礎。

b.在蒸發器前后加裝蒸汽調節閥和氨氣調節閥，保證了蒸發器溫度和壓力的穩定，使噴氨調節閥具有較好的流量特性。

c.加入氧量前饋，根據爐膛燃燒變化確定SCR入口氮氧化物含量；加入吹掃時對側入口氮氧化物濃度切換，避免吹掃引起的測量盲區，提高穩態的調節品質，并且能適應變負荷的各種工況?？梢赃_到較為理想的控制效果，脫硝系統的控制效果如圖5所示。

圖5 脫硝系統的控制效果

5 結束語

被控對象信號測量的快速準確和執行機構的線性是自動控制的基礎，再根據實際選取最能代表被控對象變化的前饋量，保證了整個自動調節功能的實現。該電廠2號機組的脫硝環保系統，通過此次改造優化，使SCR出口氮氧化物濃度變化平穩，排放值也到達環保部門的要求，可為類似的工程提供參考和借鑒。

[1] 盧建強.脫硝噴氨流量波動原因分析及解決措施[J].安徽電氣工程職業技術學報，2013(9)：76-79.

本文責任編輯：王洪娟

Reconstruction and Optimization of Environmental Protection System ofPower Plant NOxSystem

Jin Fei,Ma Rui,Yang Chunlai

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

：As the new standard to NOxemission，on the denitration environmental protection system of a power plant in southern Hebei network issues.This paper introduces an ammonia injection of specific reform program from the flue gas measurement,valve flow characteristics and control strategy.The effect of the transformation from the transformation of the optimization to ensure the NOxemissions to reach the requirements of environmental protection departments.

NOxsystem;CEMS;NOxemission;control logic

2016-09-12

金 飛(1984-)，男，工程師，主要從事電源側環保優化及電源電網協調工作。

TK323

B

1001-9898(2016)06-0032-02