摘要：一直以来，煤都是我国的主要能源之一。近些年来，工业生产活动的增加使得我国的煤消耗量呈现出大幅度增加的趋势。这样的情况下，大量的SO2、NO2等有害气体的排放法对我国的大气环境造成了严重的影响，其引发的酸雨等问题对我国的土地资源也造成了严重的污染。进入新世纪以来，我国对此类污染现象的治理力度不断增强，许多先进的设备以及技术开始得到应用，烟气脱硝技术就是其中之一。NOx浓度在反应区的不均匀分布以及出口取样点代表性差均会增加喷氨量控制的难度，结果导致逃逸氨浓度偏高。
关键词：烟气脱硝系统；喷氨调节；技术应用
燃煤火电厂普遍采用选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）进行脱硝，选择性催化剂还原法的系统主要由催化剂反应器、催化剂，氨储存供应系统及氨喷射系统等组成，SCR脱硝工艺是向催化剂上游的烟气中喷入反应剂，在反应器内催化剂的作用下，利用反应剂将烟气中的NOx转化为氮气和水。在常用的设计中，使用液氨、氨水（氨的水溶液）或尿素分解后的氨作为反应剂，无论以何种方式使用氨，首先使氨蒸发，然后将氨气稀释后与烟气混合，最后将其喷入SCR反应器上游的烟气中。
1 烟气脱硝SCR法
烟气脱硝SCR法诞生于上世纪中叶，是由美国人最先提出的，经过几十年的完善，较高的效率使得其在化工领域得到了广泛的应用。
其一，烟气系统。烟气从锅炉省煤器排除后即进入SCR反应室，在反应室入口烟道上设置的氨气喷射栅格会适时喷出氨气与空气的混合气体和烟气进行混合。之后在催化剂的作用下发生反应，生成无污染氮气排出反应室。其二，还原剂供应系统。液氮的供应是由液氮槽车来完成的，通过液氮卸料压缩机将液氮打是的输送到贮存罐内，之后将液氮输送到蒸发器内蒸发为氮气，在与空气进行混合之后输入送到反应室内。其三，废气排放系统。在还原剂供应环节紧急排放的氨气要引人到氨气稀释槽中，经过水吸收之后，在利用水泵输送到废水处理系统中排放。
2 存在的问题
2.1 精度不高
常规脱硝装置在氨气喷射调节控制阀门选型时都是按满足最大氨气需要流量考虑，且考虑一定余量，选择流通能力大的阀门，涵盖最大氨气流量。当氨气需要量较大时，阀门调节控制满足要求，当氨气需要量较小时，阀门开度减小，工作点降低。理论上调节阀的开度工作范围在10%~90%，但综合考虑调节阀机械性能等因素的影响，实际运行时调节性能及精度等较好的开度工作范围大约在30%~80%。可当工作点低到一定位置（阀门开度约30%以下）时，阀门可调比缩小，调节缓和，调节性能下降，调节精度降低，跟踪性能差不能很好实时调节控制，造成SCR出口NOx浓度瞬时超标，或喷氨过量，氨逃逸率增加。这些问题给锅炉、脱硝装置安全经济运行以及NOx达标排放带来严重影响，必须妥善解决。
2.2 自动化系统控制问题
入口NOx含量波动大。煤质变化、受燃烧调整、负荷变化频繁及启停磨等影响，浓度脱硝入口NOx质量变化大、变化快，由于脱硝反应区入口到出口的距离短，喷氨反应有一定的时间滞后，所以反应就不完全，出口NOx也会相应快速上升，导致超调。NOx测量数值异常。脱硝烟气自动监控系统采用直抽法（CEMS）取样，系统处于负压状态，若取样管路有泄漏，氧量测量就会失准，导致经过氧量折标的NOx质量浓度异常；取样探头及管线堵塞，取样流量消失，分析仪表报故障，会使NOx数值失准；分析仪表吹扫/标定期间，NOx数值将保持不变，这些都会影响喷氨自动控制。
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3 调节控制的优化技术
3.1 烟气取样方式改进
喷氨调整相当于粗调，将C、值降低，以氨气与烟气中NO二反应有利，但还是存在烟气中NO二浓度不均。目前在线监测系统（以下简称CEMS）为烟气探头取样，采用取样，单测点或多测点不易取到均值点；由于3点取样使用1台抽气泵，均匀抽气问题没有考虑，在喷氨优化调整后取样均匀性问题不能彻底解决。笔者联合设计院相关人员，结合建筑物通风管道均匀抽送风设计，关于矩形烟道取样并计算的思路要求，NO二均匀取样的装置设计能够实现脱硝系统出口。该取样装置是将电除尘器入口烟道与脱硝系统出口烟道压力差作为取样动力，通过各支管测孔将烟气均匀抽取并汇流至总管.进行充分混合；将CEMS取样探头安装在混合箱内对混合气体进行取样测量，实现脱硝系统出口NO、的均匀取样。
3.2 调节阀的控制
具体在操作时，当氨气需要量大时，先关闭流通能力小的调节阀组中的切断球阀及手动切断球阀，然后打开流通能力大的调节阀组，此时氨气经过流通能力大的调节阀组到达氨气/空气混合器，与空气混合后，通过氨气装置喷入烟道，与烟气充分混合后，进入反应器，锅炉中产生的NOx气体在反应器中催化剂的作用下产生选择性催化还原反应，生成氮气和水，完成烟气中NOx的脱除工作。流通能力小的调节阀组中手动切断球阀的作用是防止喷入管道的氨气倒流从而损害流通能力小的调节阀。安装在并联的调节阀组后侧的管道上的切断球阀，其作用是当反应器停运或联锁保护动作时，可安全可靠地切断管道，起到双重保险的作用。当氨气需要量小时，先关闭流通能力大的调节阀组中的切断球阀和手动切断球阀，然后打开流通能力小的调节阀，此时氨气经过调节阀组到达氨气/空气混合器，与空气混合后，通过氨气喷射系统喷入烟道，与烟气充分混合后，进入反应器，锅炉中产生的NOx气体在反应器中催化剂的作用下产生选择性催化还原反应，生成氮气和水，完成烟气中NOx的脱除工作。流通能力大的调节阀组中手动切断球阀的作用也是防止喷入管道的氨气倒流回来，出现倒流现象损害流通能力大的调节阀。
3.3 脱硝喷氨自动控制的优化
现有的脱硝喷氨自动控制系统根据分析结果优化，全面细致检查脱硝进出口CEMS系统，进行选取测点不当的改造移位；自动吹扫/标定时间及间隔时间合理调整，CEMS装置脱硝进出口的吹扫时间防止重合，通过喷氨格栅（AIG）喷氨保证接收的NOx、O2含量等参数的最大程度真实性；调整不同区域的喷氨量，每路进氨支管手阀的开度调整，优化调整试验，最终喷氨均匀达到；对进行检修喷氨调节阀，并调试重新定位，尽量使两侧阀门开度与流量特性一致，并利用函数修正阀门在分布式控制系统（DCS）中特性。此外，控制系统逻辑也优化，由于实现PLC控制复杂的模拟量较为困难， PLC与DCS中利用电流信号隔离器，将与喷氨自动相关的参数测点同时引入，并对喷氨自动控制在DCS中进行逻辑组态，然后将调节阀自动指令再送回PLC输出，在原辅网画面脱硝喷氨自动的自动相关的操作、投切、给定值设定、流量偏置等仍进行，仅在DCS中进行逻辑运算。
总之，该技术克服了常规脱硝喷氨存在的缺陷，提高了脱硝装置的投运率，降低了停运检修时间，实现了脱硝系统SCR喷氨的准确控制，最终达到了SCR还原剂宽范围、高精度、实时供给调控的目的，为整个脱硝系统的安全稳定运行提供了有力保障。
参考文献：
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[3] 于文清. SCR法烟气脱硝系统的控制策略在火电厂中的应用[D]. 华北电力大学,2012.
论文作者:王宇 康淑敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
标签：氨气论文; 烟气论文; 系统论文; 调节阀论文; 催化剂论文; 球阀论文; 反应器论文; 《电力设备》2017年第22期论文;