火电厂SCR脱硝系统技术分析

【摘要】本文对SCR脱硝控制系统进行详细介绍，分析了SCR脱硝控制功能，并针对火电厂SCR脱硝系统技术的优化与改进提出几点个人建议，以供参考。

【关键词】火电厂；热控；SCR；脱硝系统

目前，我国火力发电主要采用燃煤发电的方式，在这一过程中产生的污染物，例如NOx，其会对大气造成严重污染，并且处理难度较高。煤燃烧后产生的氮氧化物主要包括NO、NO2以及其他氮氧化物，一旦这些气体排入到大气，就会经过氧化成为NO2，这些气体具有很大的毒性，会严重危害人类与动植物，因此对NOx的处理具有十分重要的意义。

1、SCR脱硝控制系统概述

烟气SCR脱硝控制系统主要由SCR反应器曲、蒸汽与声波吹灰、除灰和还原剂区等控制系统构成。在烟气SCR脱硝系统的控制中，具体涉及到的系统有数据采集系统、模拟量控制系统、联锁保护与报警系统以及顺序控制系统等等。此外，为了实现对脱硝系统运行状态的有效控制，还要采用工业电视监视、火灾报警与氨泄漏报警系统等等。一般情况下，稿灰段是SCR脱硝装置的主要布置区域，也就是在锅炉省煤器和空气预热器之间进行安装，在布置还原剂储存与制备区时，应遵循独立性原则，并将其作为厂区公用系统，由此可见，对于SCR脱硝装置控制系统设计而言，设计需要考虑的部分主要有两个区域的仪表与控制系统。SCR区采用的DCS系统来进行控制，脱硝反应器区域则采用分别纳入各机组DCS系统的，具有独立性的SCR控制子系统，也就是SCR-DCS。SCR-DCS可以在机组电子间进行集中安装，也可以使用机组DCS远程站，并在就地脱硝电子间进行安装，此外还可以作为机组DCS的远程I/O站，在就地脱硝电子间进行安装，而这种安装方式往往需要就地脱硝电子间具有较好的条件，因此大部分情况下不采用这种安装形式。就维护管理而言，集中安装的方式更为实用方便，远程I/O站的方式则不会对系统的安装性、稳定性以及操作监视的便利造成影响，基于此能够有效降低设备与安装的费用，在脱硝工程中，这两种设计方式的运用相对比较广泛。

2、SCR脱硝控制功能分析

2.1 喷氮量闭环控制

喷氮量自动控制系统是按照相关的运行参数，对喷氮量进行自动调节，具体包括锅炉烟气量、烟气温度与SCR反应器进口NOx浓度、反应器出口逃逸率等等。在SCR脱硝控制中，氮气喷射流量控制是非常关键的控制回路，如图1-1所示为氮气喷射流量控制原理图。

图1-1 氮气流量控制原理

在控制信号测量中，主要需要考虑烟气流量与氨气流量。就烟气流量而言，现阶段烟气流量的测量中，往往直接测量的准确度并不够，都是通过计算得到的，根据DCS提供的锅炉负荷进行烟气流量的计算；或者按照热量需求信号或者主蒸汽流量信号来计算烟气量；通过DCS提供的空气流量进行烟气量的计算，然而这种测量计算方式存在比较大的误差。就对于氨气流量而言，喷氨量控制需要氨气流量的测量具有较高的精确度，并且在计算流量的过程中要经过压力与温度修正，现阶段质量流量计在脱硝工程中的应用比较广泛，对于DCS计算而言对密度的修正则不需要进行考虑。在测量NOx与O2中，现阶段基于红外吸收原理的仪表有着比较广泛的应用，测量O2组分的具体方法大体分为三种，即顺磁法、电化学分析法以及氧化锆法，目前氧化锆法的应用相对比较少，更多的是采用另外两种方法。NOx与O2需要利用硬接线的方式向SCR-DCS传递信号，并基于此完成计算与控制，并对两路与环保的数据接口进行预留。在实际工程中，烟气的NO含量主要采用的是CEMS测量，在计算与控制算法中，NOx的含量为主要参考数据，这就要求利用公式进行换算并予以修正。

关于烟气NOx浓度的计算，具体采用

关于氮气喷射量的控制策略，在喷氮量系控制系统中，作为具有前馈回路的串级控制系统，其出口NOx浓度为主调节器的设定值，被调量为出口NOx浓度测量值，通过PID运算得到喷氮量，并将其作为副调节器的设定值，通过对比氮流量计的测量信号，并利用PID运算实现对氨流量调节阀的调节。受限于脱硝的烟气污染连续监测系统的滞后性，再加上SCR反应器与催化剂两个环节在同一时间具有滞后性，所以在前馈回路进行喷氮量自动控制逻辑的设置，前馈回路按照相关 参数对NOx量进行直接计算，具体包括入口NOx浓度、出口NOx浓度设定值等等，进而实现对喷氮量的计算，喷氮量对副调节器的设定值进行直接作用，以此可以满足快速响应机组负荷变化的要求。目前，大部分火电厂的SCR脱硝系统在运行过程中往往会受到NOx测量装置的影响，而导致无法投入喷氮量的闭环控制。因此，为了确保烟气分析能够快速响应，应将NOx分析仪的采样管线缩短，并提高NOx变化 信号预测的快捷性与准确性，具体包括燃料量、蒸汽量等等。此外，为了实现调节品质的改善，还要结合工程实际情况，对调节器参数进行改变。

2.2 氨逃逸率控制

在脱硝系统工艺与控制系统的设计中，应基于催化剂的活性期，确保脱硝效率以及氨逃逸率等指标要求得到满足，为了实现这一目标，在进行控制时可以不對氨逃逸率的影响进行考虑，然而，受到某些因素的影响，例如随着催化剂性能的减退、喷氨量没有匹配上NOx的浓度、没有及时吹灰、没有合理分布脱硝系统喷氨以及没有优化控制等等，就可能导致脱硝效率不变的情况下影响到氨逃逸指标。一旦氨逃逸指标超标，那么就会造成系统运行的经济性降低，并且还会严重影响到SCR脱硝系统的下游设备。烟气含有三氧化硫，会与氨气结合成为硫酸铵盐，其会在空气预热器的换热面上黏结，进而堵塞空气预热器，并且降低其换热性能，所以在进行调试时应对氨逃逸率予以关注，一旦出现异常而提高氨气逃逸率，就要对相关方面进行细致分析，例如氨逃逸分析仪、出口NOx分布、催化剂活性以及喷氨量控制方式等等，然后采取相应的解决措施。如果实际条件不允许，那么SCR-DCS控制系统则基于允许范围将脱硝效率降低，以此恢复按逃逸率的水平。

关于氨逃逸分析装置，具体包括三个部分，即可调谐激光源、光学发射端以及光学接收端。其中可调谐二极管激光器通过调谐发射出特定气体吸收线的激光，被测气体在光束穿透下吸收这些光束，进而减弱光强，经过检测器对光强以及线形状信号进行检测，并进行气体浓度的计算。在扫描光谱内，只有一个特定分子谱线会选择性的吸收类似的单色激光，因此在测量中可以使交叉干扰的情况得到有效避免。在测量氨逃逸量中，目前广泛采用可调谐二极管激光光谱仪，采用的方式多为原位测量法，然而受到现场仪表结构的影响，采用的方法主要有两种，即单侧安装的反射发与两侧安装的透射法。对于测量精度而言，其可能会受到氨逃逸分析仪表的安装、激光对位、安装处结构变形、探头附近水蒸气以及吹扫空气等方面的影响，因此必须定期检查并校验氨逃逸表，同时一旦发现氨逃逸异常，就要细致检查仪表的工作状态。

在喷氨量控制上，氨逃逸控制往往会忽视喷氨量控制的问题，实践表明，在出口NOx浓度在一定范围内时，喷氨量并不会对氨逃逸两产生较大影响，而随着NOx浓度降低，氨逃逸量就很容易受到喷氨量的影响。因此，在脱硝效率设计中，应考虑喷氨量波动问题，可以采用氨气质量流量计进行喷氨量控制以保持其稳定。

此外，氨逃逸的另一个根源就是出口NOx分布不均匀，喷氨系统设计的调整可以分区进行，在投运前优化喷氨格栅，均衡调整每个喷氨平衡阀，促使反应器进口氨氮保持均匀，进而使反应器出口NOx浓度分布更加均匀。出口NOx浓度分布的越均匀，那么NOx/O2分析装置的采样点对整个断面就越具有代表性，能够更加准确的控制氨逃逸量，并且氨逃逸测量的准确度也越高。

在氨逃逸控制中，优化控制系统也是一个重要方法，基于同等设备与控制条件，通过优化控制系统，可以使喷氮实际得到有效改善，尤其是能够使喷氨量控制更加快速的相应负荷变化。

3、结语

总而言之，目前火电厂SCR脱硝系统的运行仍然存在需要我们关注的细节，如果不严加控制，就很容易导致NOx排放过量，对环境造成污染。因此我们应对此展开研究，不断提出有效的改进措施，使火电厂脱硝系统得到进一步完善，减小对环境的污染。

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