火電廠SCR煙氣脫硝控制及優化分析

黃 蒙 李 煒 趙亮宇

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南 250013）

現階段，我國較多的燃煤火力發電企業在建設鍋爐脫硝裝置以及改造過程中，已經將脫硝噴氨自動調節系統中存在的自動調節以及整定等方面的問題確定下來。換言之，脫硝的出口、入口煙氣流量以及濃度波動幅度普遍較大，存在不規律的情況，這導致火力發電企業在供電期間，往往會產生大量污染氣體，不僅嚴重污染外界環境，也與我國的環保要求相背離。當前，我國已經提升了NOx的排放標準，使得火力發電企業不得不大力提升脫銷效率。

1 SCR煙氣脫硝技術

我國SCR煙氣脫硝技術起步較晚，伴隨我國氮氧化物減排要求的提升，SCR煙氣脫硝技術也得到快速發展。一般而言，SCR煙氣脫硝控制系統主要包括以下幾個部分，即SCR反應器區、除灰和還原劑區以及蒸汽與聲波吹灰等系統的控制。

通常，SCR脫硝裝置被均勻地布置在高灰段，主要被安裝在鍋爐省煤器和空預器之間。還原劑存儲和制備區的布置處于獨立狀態，為此SCR脫硝控制系統作為單元系統，對兩個區域的儀表布置以及控制功能的劃分情況需特別重視。

脫硝反應器區域控制系統主要應用的SCR控制子系統較為獨立，將其納入各個機組的DCS中，使其形成SCRDCS。在機組電子間，SCR-DCS能夠被集中安裝在其中，也能夠利用機組DCS遠程站將其就地放置。但是，機組DCS遠程站方式對于就地脫硝電子間環境有著較高的要求，為此該種方式不推薦使用。而SCR-DCS集中安裝方式在維護管理方面有著積極意義，加之遠程I/O站方式在不給系統安全性、穩定性以及操作監視效率帶來負面影響的前提下，其設備以及安裝成本被控制在最低狀態。

2 常規噴氨自動控制系統分析

噴氨量控制系統主要根據鍋爐煙氣流量以及煙氣溫度、SCR反應器進出口NOx等參數，對噴氨量進行自動調節，以確保噴氨量在可控以及合理的范圍內。

首先，在信號測量方面進行控制。信號測量主要對煙氣流量進行測量。噴氨量控制期間，往往需要按照煙氣流量對噴氨量展開嚴格的控制，而氨量的控制效果以煙氣流量測量的準確性為主。而煙氣流量的計算方法主要有：通過DCS鍋爐負荷對煙氣流量進行計算；按照熱量需求信號以及主蒸汽流量信號對煙氣流量計算等[1]。

另外，可以根據DCS總風量對煙氣流量展開嚴格的計算，但是總風量的測量存在較大誤差。在氨流量測量方面，噴氨量控制系統往往對流量測量有較高的要求，同時在流量計算方面還需要經過密度修正的過程，而在對DCS進行計算的過程中，密度修正可以忽略。

3 優化煙氣SCR控制策略分析

3.1 優化還原劑消耗

通常，SCR脫硝系統中的還原劑主要有三種，即氨水、無水氨和尿素。其中，氨的毒性較強，在一定濃度單位之內還擁有可燃性以及燃爆性。為此，氨往往被認為是一種危險物。這些危險性質的存在，致使火電廠SCR系統運行期間，需對氨采取一種特殊的保護措施。例如，不斷優化還原劑，嚴格控制還原劑的整體消耗量，以達到氨保護的效果

當SCR脫硝系統啟動并正常投運后，為了達到預期脫硝效果以及其他脫硝技術指標，人們要做好系統控制和參數優化等工作。

首先，需要定值優化。在投入運行后，需按照SCR脫硝系統的整體運行情況，對控制系統設定值、報警限值與吹灰控制時序等的控制參數進行核定與優化。

其次，對PID控制參數進行優化。在噴氨量控制系統中，主調節器積分最為合適的時間段為300～400s；副調節器積分時間則在200s左右最為合適。對于氨區蒸發器等設備所控制的PID參數，往往需要在現場進行整定和優化。

另外，SCR出口NOx控制對機組負荷跟蹤性能展開優化。當機組負荷出現較大變化時，此時SCR出口NOx的濃度便會出現較大波動，其主要原因在于沒有全面考慮煙氣流量變化給噴氨帶來的影響，此外還有回路參數設計不合理等原因[2]。因此，人們要對控制系統跟蹤參數展開有效優化，使得主調節器處于輸出最小化狀態。一般而言，主調節器輸出最小化表現在SCR出口NOx濃度不需要通過PID運算跟蹤機組負荷，這表明前饋回路所計算出來的噴氨量已經最大限度地滿足相關控制要求，可見，主調節器的輸出最小化便是最為簡單有效的優化方案。

3.2 優化吹灰系統

火電機組在運行期間，不同位置受熱面積不同，致使其積灰與結渣傾向以及速度等存在較大的偏差，因此不同位置受熱所需要避免的灰沉積對象也存在極大的不同點[3]。定期的吹灰方式是指將不同位置的受熱面不做區別就展開吹掃工作。該種方法能夠在某種程度上達到吹灰方面的需求，卻缺少合理性和經濟性，所以不同位置的受熱面必須應用不同的判斷方式將吹灰時間確定下來，對吹灰系統展開優化，將該系統的作用充分發揮出來。

一般而言，鍋爐總煙氣流量的測量主要應用直接測量與間接計算兩種方式。其中，煙氣流量直接測量方式有兩種，一種為利用皮托管配差壓扁送氣的常規風量測量方式，該種方式在應用期間需要詳細分析煙氣固體顆粒對所檢測的元件防磨防堵要求，考慮測點是否合理，是否能夠代表整個流場進行分布。另一種則通過熱敏原理的測量元件進行測量[4]。雖然熱敏測量元件可以有效解決高溫、防磨以及防堵問題，但是該種方式的測量結果比較滯后，探頭易污等，這給測量結果帶來一定負面影響。因此，使用該方法時需慎重考慮其利弊。

通過計算的方式，將煙氣流量計算出來，之后乘以入口NOx濃度和設定值之差，再乘以氨氮摩爾比，所得結果便是氨氣流量。其中，摩爾比主要按照系統所設計的脫硝效率計算得出。

在SCR脫硝系統中，最為普遍的問題便是氨逃逸，該問題無法在短時間內得到解決，卻存在可控性，能夠控制在合理范圍內[5]。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均勻。要解決該問題，便需要在投運前，優化噴氨格柵，調整每一個噴氨平衡閥，使得SCR反應器進口噴氨平衡閥能夠均衡調整，最終使得SCR反應器進口氨氮處于均勻狀態，以達到提升SCR出口NOx濃度分布均衡的目的。

4 結語

火電廠在運行期間，SCR煙氣脫硝控制系統的優化極為重要。當前，火電廠SCR煙氣脫硝控制系統并不完善，依舊有問題存在，這影響了火電廠的正常運行。因此，我國很多火電廠目前已經對煙氣SCR控制系統展開優化，從還原劑消耗、催化劑優化以及吹灰系統優化等方面著手，最終使得火電廠SCR煙氣脫硝控制更加有效。

[1]武寶會，崔利.火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優化[J].熱力發電，2013，42（10）：116-119.

[2]毛奕升，吳智鵬，張孝天，等.火電廠SCR脫硝系統噴氨優化調整及煙氣取樣方法改進[J].中國電力，2017，50（4）：167-171.

[3]王鎮，薛姍姍，盛玉和，等.火電廠SCR煙氣脫硝控制邏輯優化[J].黑龍江電力，2015，37（5）：463-466.

[4]廖永進，徐程宏，余岳溪，等.火電廠SCR煙氣脫硝裝置的運行優化研究[J].鍋爐技術，2008，39（5）：60-63.

[5]秦天牧，劉吉臻，楊婷婷，等.火電廠SCR煙氣脫硝系統建模與運行優化[C].2015 年中國電機工程學會年會論文集，2015：1-6.