淺談脫硝精確噴氨項目改造

劉田中

（山西京能呂臨發電有限公司，山西 呂梁 033200）

1 機組設備概況及改造目的

公司甲4#發電機組鍋爐設備由上海鍋爐股份有限公司生產，型號：SG2093/17.5-M919，為亞臨界一次中間再熱強制循環汽包爐，采用單爐膛、倒U型布置、四角切圓燃燒、正壓直吹式制粉系統，擺動式燃燒器調溫，平衡通風、全鋼架懸吊結構、半露天布置、固態排渣、燃用貧煤。

公司乙一期安裝有兩臺350MW日本三菱公司生產的亞臨界一次中間再熱燃煤凝汽式機組，其中鍋爐為日本三菱生產的亞臨界控制循環燃煤汽包鍋爐。通過此次項目的實施，目的在于控制2#機組脫硝系統SCR出口NOx濃度長期穩定低于20mg/Nm3，氨逃逸量的平均值小于2mg/Nm3，降低脫硝下游設備ABS沉積風險。通過此次項目的實施，為解決目前機組運行中遇到的實際問題（氨逃逸增加導致的空預器腐蝕、堵塞等），還能降低引風機電耗，減少氨用量，具有顯著的經濟和環保效益。同時，還能建立精細化的分區性能管控系統，有利于電廠的智能化管理解決。

2 主要實施內容（見圖1）

圖1 脫硝優化整體方案示意圖

2.1 測量系統包括：NOx分區測量系統和精確氨逃逸測量系統

（1）NOx分區測量系統。

①NOx分析儀。采用稀釋法與化學發光法相結合的NOx分析儀。稀釋法的煙氣抽取法與化學發光法相結合，具有不用除水，系統簡單，大大降低了故障停運概率和維護成本。

②測點分區方式。兩側SCR出口煙道一共分12個區，每個區布置一個測點，共用一套NOx分析儀。

單側煙道被劃分為6個網格區域（爐前4個區域，每個區域通過聯箱再分為6個支管，爐后2兩區域，每個區域通過聯箱再分為8個支管），每個網格區域設一個取樣探頭，兩側一共12個網格區域抽取的煙氣經預處理和輪測切換裝置，送入測量儀表。左右兩側分別配置一套測量儀表系統。

網格區域劃分時，綜合考慮SCR流場模擬的結果和現有噴氨裝置的配置情況。一般而言，煙道兩側的速度梯度較大，所以分區較小；煙道中間部位的速度梯度較小，分區可以相對較大。各個測點位于分區的幾何中心（見圖2）。

圖2 SCR出口煙道（A/B兩側）分區示意圖

③分區測量控制模式。采用同時取樣，用專用的儲氣裝置鎖定樣品氣體，分時輪測的技術方案。每個測點的測量時間為1分鐘，所以14分鐘即可將SCR出口煙道的NOx分布更新一次，滿足分區控制的需要。同時取樣保證了樣品氣為同一時刻的的煙道煙氣，測量結果反映了NOx濃度的真實分布。

（2）氨逃逸測量設備安裝位置在空氣預熱器前，SCR反應器之后。每側煙道各安裝一套，本項目共2套氨逃逸測量設備。

該設備采用原位取樣方式進行測量，將測量腔整體安裝在煙道內部。相比常規儀表，該儀表具有獨特的優點：直接高溫測量煙氣，無須不抽出；高信噪比算法；零點和量程標定；極低吸附材料和流程。

2.2 控制系統包括噴氨總量先進控制系統和噴氨格柵均衡控制系統（見圖3）

圖3 噴氨總量控制系統原理圖

噴氨總量先進控制系統，在噴氨自動中引入風煤比、入口NOx等參數作為前饋信號，參與噴氨總量的閉環控制中，解決了入口NOx測量滯后的問題。另一方面，通過試驗得到不同負荷下的SCR反應器的傳遞函數，進而有針對性地實施先進控制算法模型。

2.3 執行機構是指噴氨格柵分區與自動控制裝置

優化服務器將均衡控制算法得到的控制策略通過以太網通訊方式傳輸給DCS，有DCS系統發出各分區調節閥門的開度調節指令（見圖4）。

圖4 噴氨格柵均衡控制系統原理圖

3 項目實施后運行情況及數據對比分析

3.1 公司甲效果對比

（1）氨逃逸儀表：投運后，表計能夠很好地跟蹤負荷以及SCR入口NO的變化。經過現場標氣標定，測量誤差小于2%。相比改造前，表計準確可靠，能夠為控制和環保提供準確的數據支持。

（2）噴氨量：相比本系統投運前，按一周的總噴氨量計算，相對減少噴氨量6.8%。

（3）氨逃逸：在滿足環保排放要求的前提下，氨逃逸相對投運前的5ppm降低至2.5ppm。

（4）出口NOx均勻性：根據分區儀表的測量數據，系統投運后，出口NOx的不均勻度從45.3%降至25.5%，降低了19.8%。

（5）出口NOx波動：根據DCS數據，系統投運后，出口NOx的波動相對降低。

（6）隨著分區控制調門開度變化，對應分區的NOx有明顯變化（下圖紅色曲線為分區調門開度反饋，綠色曲線為對應分區的NOx，藍色曲線為不均衡度）。

（7）改造完成后，出口NOx控制穩定性明顯增加，氨逃逸量控制在3ppm以內，但噴氨調門開度變化時，氨逃逸量無明顯對應的變化趨勢（圖5紅色曲線為出口氮氧化物，綠色曲線為噴氨量，藍色曲線為氨逃逸，黃色曲線為入口氮氧化物，粉色曲線為空預器出口壓，淺藍色曲線為空預器入口壓力）。

圖5 氨逃逸量與其他參數對應曲線

3.2 公司乙效果對比

（1）改造前后對比，改造后A/B側及總排出口NOx降低，NOx控制穩定性增加，改造前NOx波動約為±10mg/m3，改造后NOx波動約為±5mg/m3；完成改造后，SCR出口與總排出口NOx測量值之間倒掛現象基本消失，從側面印證了SCR區域濃度均勻性得到改善。

（2）氨逃逸量控制穩定，并且根據噴氨調門開度的變化，氨逃逸量有相應的變化趨勢（下圖綠色為B側噴氨調門開度反饋，黃色為氨逃逸測量值）。

圖6 噴氨調門開度和氨逃逸量曲線

（3）改造后，機組與未進行精確噴氨改造項目的機組對比，過量氨氣損耗有明顯下降。

（4）分區濃度與氨逃逸。由該歷史曲線可知，NOx濃度分區測量值可在較長時間保持均勻，其不均勻度約為10%，此時，實測的氨逃逸值均在1ppm以下。

在波動工況下，各個分區測量值隨總噴氨量與總NOx排放量同步波動，此時，不均勻度略有上升，最高達到20%左右，此后待工況穩定后，經過調節逐步回到10%附近。

4 存在的問題

（1）公司甲精確噴氨項目改造完成后，NOx控制穩定性明顯增加，氨逃逸量控制穩定，但此次改造項目同時增加導流板等，對區域流場進行了優化，并不能單獨代表分區控制的優化效果。

（2）在總量控制無明顯變化，分區控制不均衡度無明顯變化，左右側噴氨調門開度無明顯變化，總噴氨量無明顯變化的情況下，部分分區調門開度大幅度變化后，對應分區的NOx無明顯變化，廠家給出的解釋是由于管道及調門的節流，調門到達一定開度后，再增加開度噴氨量變化不大。分區自動調節還有優化的空間。

（3）公司甲項目改造后投入時間較短（2018年12月初），且改造前2#機空預器無堵塞現象，無直觀的數據可以說明此次改造項目能改善空預器堵塞問題。

（4）分區控制系統現場增加了每個分區噴氨的流量計、管路壓力表、反吹回路、稀釋空氣回路、采樣回路等，管路節點較多，若發生泄漏或堵塞時將影響分區自動控制和脫硝系統運行。

5 結語

精確噴氨項目改造完成后，NOx控制穩定性明顯增加，氨逃逸量控制穩定，但氨逃逸測量裝置調試完后，氨逃逸量不隨噴氨調門開度變化而變化，測量準確性無法得到保證。

項目改造后，精確噴氨系統投入時間不長，從曲線中觀察項目改造前后噴氨量無明顯下降，氨逃逸量均值有所下降但下降幅度不大，且改造前機組空預器無堵塞現象（項目改造前后空預器差壓均為0.6kPa左右），無直觀的數據可以說明此次改造項目能改善空預器堵塞問題。

項目實施后運行情況及數據對比分析部分數據為廠家提供，從歷史曲線中不能較直觀地觀察出噴氨量等數據的降低。