摘要：火电厂脱硝技术当中，选择性催化还原（SCR）脱硝技术的应用非常广泛，在还原剂的使用方面，尿素相对于液氨、氨水有一定的优势。但是因为尿素还原使用的先例是非常少的，热工控制系统仍然需要进一步积累经验与完善，笔者在下文中就300MW火电机组尿素制氨还原法脱硝的热工控制系统进行了简单介绍，希望能为火电厂脱硝热工控制的日益完善起到一定的作用。
关键词：火电厂；脱硝；尿素制氨还原法；控制系统
1、研究背景
尿素是无毒、无害的化学品，是农业常用的肥料，无爆炸可能性，完全没有危险性。尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，更不须任何的紧急程序来确保安全。随着脱硝工程的启动，尿素作为脱硝还原剂，因具有易运输、储存，安全成本低等优势，具有更广大的发展前景。下面以某电厂300MW火电机组为例，对300MW火电机组的脱硝热工控制进行简要分析。本发电厂共有两台300MW亚临界机组，锅炉系武汉锅炉厂制造的WGZ1079/17.5-1 型亚临界自然循环汽包炉，配用中速磨正压冷一次风直吹式制粉系统，固态排渣，π型布置、单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧。喷嘴摆动可调，燃用烟煤。炉前布置五台ZGM95G 型中速磨煤机，每台磨煤机出口四根煤粉管道接一层燃烧器。四台磨煤机就可满足BMCR 负荷，其中一台备用。各机组的烟气脱硝工程采用选择性催化还原法（SCR法）脱硝工艺，脱硝还原剂为尿素热解制氨。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，脱硝装置初装两层催化剂时的效率按不小于70%设计，并预留第三层空间。
2、情况概述
每台机组从锅炉省煤器来的烟气，在SCR反应器入口前的烟道中通过喷氨格栅，与稀释后的氨气充分混合后，进入SCR反应器，经SCR中的多层催化剂将烟气中的部分NO X 催化还原为N2和H2O后，烟气经过SCR反应器出口烟道进入锅炉空气预热器。喷入烟道的氨气为空气稀释后含5％（vol）左右氨的混合气体。尿素溶液制备区为各机组共用，从尿素热解系统来的氨/空气混合气经氨喷射格栅注入SCR反应器入口前的烟道中，使氨/空气混合气体和烟气充分混合。每台炉设置两个独立的SCR反应器，系统主要包括两个带催化剂层的SCR反应器、两套喷氨格栅、两套声波吹扫装置，包括配套的阀门、管道、仪控测量设备等，如图1所示。
3、分析脱硝控制系统
脱硝控制系统主要分尿素热解制氨控制、脱硝效率/出口NO X浓度控制、吹灰程控等。
3.1 尿素热解制氨控制系统
每台炉脱硝系统配置一套尿素热解系统。尿素热解系统包括尿素溶液储罐、高流量循环输送装置、尿素热解制氨系统等。高流量循环输送装置包括两台多级离心泵（一运一备）、过滤器及所有用于尿素溶液循环系统控制和监测的压力、温度等仪表。尿素热解制氨系统包括尿素溶液计量分配装置、带喷射器的热解炉、电加热器等。
尿素溶液配好后由尿素溶液输送泵输送到尿素溶液储罐，经尿素溶液循环装置送至尿素溶液计量分配装置，回流液自动返回尿素溶液储罐，尿素输送管道需要保温、伴热，控制溶液温度在28℃以上，避免管道内有尿素结晶析出。尿素溶液计量分配装置主要有三条工艺管线构成，分别是尿素管线，雾化空气管线，和冲洗水管线。由尿素制备和储存系统来的合格的尿素溶液进入到尿素溶液计量分配装置的入口管线和由压缩空气系统来的雾化空气进入尿素溶液计量分配装置管线共同供给到喷射器，经由喷射器喷嘴雾化后喷入热解炉，在热解炉内分解成NH3。
（1）热解炉温度控制
热解炉的温度控制采用串级方案，主温度控制回路在DCS中，主温度PID回路的温度测点PV1是热解炉的出口，此点温度是工艺上要求稳定的正常温度是340℃。主温度控制PID回路的输出OP1给副温度PID回路的SP2，副温度控制回路在电加热器系统中，温度测点PV2是电加热器的出口，副温度PID控制器具有自动/手动/串级模式，当投自动时，副回路的温度控制是独立的，SP2 由人为给定不受主温度回路的影响。当投串级时，副温度回路的温度控制是受主温度回路的影响的既SP2 由主温度回路给定的，并且随着主温度回路OP1 的变化而变化。主温度回路PID具有PV跟踪功能，实现无扰切换。当测量值PV品质坏、测量值PV与设定值SP偏差大、主调输出与副调输入偏差大、脱硝电加热器功率调节指令坏质量中任一条件满足时，该系统切手动控制。
（2）主要联锁保护控制
a.计量分配装置尿素溶液管路电动开关阀联锁逻辑当系统无故障、计量分配装置喷射器压缩空气管路流量非低、计量分配装置冲洗水管路电动阀已关、脱硝系统允许喷氨、一次风调节阀后风量≥3700 Nm3 /h条件满足时，允许开阀门。当计量分配装置程控启第一步完成，确认计量分配装置压缩空气总管阀已开，5秒脉冲后联锁开阀门。当计量分配装置程控停止第一步，5秒脉冲后联锁关阀门。
b.脱硝电加热器联锁逻辑
当系统无故障、脱硝电加热器出口温度温度<600℃、脱硝电加热器无超温报警、一次风调节阀后风量≥3000Nm3 /h条件均满足时，充许启动。当一次风调节阀后风量＜2760 Nm3 /h（延时5秒）或#5炉脱硝电加热器出口温度＞650℃（延时5秒）时，将联锁停运。热解炉尾部温度大于420℃（延时60秒）或两台风机同时停止工作延时5秒后将保护停运。
c.计量分配装置冲洗水管路电动阀联锁逻辑
无故障、计量分配装置尿素溶液管路电动开关阀已关条件均满足时，充许启动：计量分配装置程控停第一步完成，确认计量分配装置尿素溶液阀已关后，5秒脉冲后，联锁开阀。计量分配装置程控停第三步，冲洗完成，5秒脉冲后，联锁关阀门。
3.2 脱硝效率/出口NO X 浓度控制
由运行人员手动选择脱硝效率/出口NO X 浓度方式控制，而最终是通过计量分配装置的四支尿素溶液调节阀来实现的。以#1尿素溶液调节阀为例说明：
测量值PV：#1尿素溶液管路流量
设定值SP：操作人员选择手动设定SP或自动设定SP。
• 手动设定：手动设定SP；
• 自动设定：根据氨气的需求量来确定SP。
• 尿素溶液调节阀设定值SP=（氨气量*30）/17/溶液浓度/密度/喷射器投入数量；
• 氨喷入量设定值计算（以A侧为例），当操作员在操作面板上输入脱硝效率/出口NO X 设定值后，控制系统则会按将其转化为氨喷入量设定值。
4、典型问题及处理
脱硝CEMS系统定期测定期间，需要撤出喷氨自动，由维护人员同时对A、B两侧的CEMS系统进行标定，造成了运行人员无法监视到脱硝的实时数据，若采用监测烟囱排放口的NOx数据则延时过长，极易造成NOx的超标。
解决措施：脱硝CEMS标定需分A、B侧分开标定，禁止两侧同时标定，运行人员在单侧标定时可实时监视另外一侧的NOx值。更改氨需量逻辑，增加A、B侧CEMS系统标定切换块，切换块的功能实现当A侧标定时，使用两倍的B侧氨需量作为脱硝系统的氨需量进行自动控制；而当B侧标定时，使用两倍的A侧氨需量作为脱硝系统的氨需量进行自动控制
5、总结
近年来，火电厂脱硝工程的不断投运，因有关资料及运行维护经验不足，尿素为还原剂的脱硝控制系统仍在不断完善之中，笔者在本文中对300MW火电机组尿素制氨还原法脱硝的热工控制系统只做了一些基本的介绍，希望能为火电厂脱硝控制的研究与发展起到一定的作用。
参考文献：
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论文作者:陈京
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/22
标签：尿素论文; 溶液论文; 装置论文; 温度论文; 回路论文; 联锁论文; 分配论文; 《电力设备》2017年第24期论文;