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摘要：起初火电厂对所使用的煤炭都要求脱硫处理，但是随着社会对保护环境的要求越来越高，火电厂安装脱硫装置只减少了二氧化硫的排放，由于煤炭中还含有大量的氮化物，使用这样的煤炭还会产生大量的氮氧化物。因此火电厂还必须对所使用的煤炭做脱硝处理。本文通过对目前脱硝技术及脱硝控制系统的现状进行分析，来做进一步优化研究。
0 引言
大家都知道二氧化硫排放到空气中会有很严重的污染，其实氮氧化物也会对大气造成严重威胁例如：光化学烟雾等污染都是氮氧化合物造成的。据资料显示，我国氮氧化物的主要来源是火电厂中煤炭燃烧造成的，所以必须采取措施制定出一套减少氮氧化物排放的方法，以减少对大气的污染。
1 火电厂脱硝的概念
火电厂发电主要是燃烧煤炭、但是煤炭中含有大量氮氧化物，燃烧之后会造成大气污染，为了减少火电厂发电带来的环境污染。一般情况下，火电厂使用的煤炭必须经过脱硝处理，脱硝技术主要使用在煤炭燃烧前、中、后三个时期。燃烧前主要是加氢和洗选的脱硝技术，这种脱硝技术可以在煤炭使用前减少其中的氮氧化合物的含量；燃烧中主要是控制燃烧温度，不同温度所产生的污染物不同，针对污染大气的是一氧化氮、二氧化氮等气体的特点，保持温度在不产生或者少产生污染物的状态，达到控制污染物的产生；燃烧后脱硝技术主要是对燃烧产生的气体继续处理，减少一氧化氮、二氧化氮的含量来达到控制污染物的目的。
2 脱硝技术分析
2.1 低氮燃烧脱硝技术
低氮燃烧技术是一种控制煤炭在燃烧中的关键参数，进而达到脱硝降低污染物的技术，是一种运用比较广阔的传统脱硝技术。关键参数主要就是指温度，氮氧化物在不同的温度下所产生的形式是不同，不同形式下的氮氧化物有的对大气污染严重，有的没有污染。但是煤炭在燃烧过程中达到对其温度的合理控制是非常困难的，所以低氮燃烧技术只是脱硝技术的最初使用方式，效果并不理想。
2.2 选择性的催化还原脱硝技术
选择性催化还原方法（Selective catalytic reduction method)简称为SCR。从名字中就可以得出此方法一定涉及到大量的催化还原化学反应。主要的化学反应过程是，煤炭在一定的温度下燃烧，加上适量的催化剂，将产生的有害氮氧化物还原成对大气没有污染的气体。目前，使用最多的催化剂是氨气，使用氨气作为催化剂可以将氮氧化物还原成氮气排到大气中。这种方法脱硝可以降低有害氮氧化物排放的80%，是目前火电厂使用最广泛的脱硝技术，并且效果非常明显，不会产生二次污染，但是使用时必须要实时投放氨气作为催化剂。
2.3 氧化法脱硝技术
氧化法脱硝技术又被称为湿法烟气技术。氧化法脱硝技术的原理是将煤炭燃烧过程中产生的有害气体例如一氧化氮、二氧化氮等通过氧化反应进行无害处理再排放到大气中。主要的处理依据是一氧化氮和氧气反应变成二氧化氮，然后将二氧化氮和水反应生成硝酸。这种方法也能达到处理有害气体的目的，但是需要大量的氧气输入，代价比较昂贵。
3 火电厂实际使用的脱硝技术发展现状
随着国家对环境保护的重视，火电厂脱硝技术也有了很大发展。但是在实际生产中所涉及到的脱硝技术种类繁多，有的适合实际生产有的不适合。不同质量的煤炭所含有的污染物种类是不相同的，所以火电厂脱硝技术一可以分为单一脱硝和多种污染物协同脱硝两大类。前面咱们讲述了三种火电厂脱硝技术，目前火电厂中运用最广泛的脱硝技术是催化还原脱硝技术即SCR，火电厂中SCR的控制系统主要使用PID型式的控制器或者说是脱硝喷氨控制系统。但是火电厂使用的脱硝控制系统存在很多漏洞，被控对象在发挥作用时不能实现线性、不具备快速的反应能力，进而影响脱硝效率。
3.1 脱硝喷氨控制系统的设备现状
目前很多脱硝喷氨机组投入使用以后，NOX变换范围比较大，并且来回振荡非常不稳定，但是为了应付国家考核，很多机组在使用时单方面的将NOX设定值减小，以降低NOX使用时出现偏差过大的问题，为氨气外泄埋藏了危机。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外还存在如下问题：
（1）喷氨调节阀门不具备线性调节能力，无法有效满足氨气的适量供应，热解尿素的调节阀，不能自动调节，间接制约氨气催化作用的发挥。
（2）脱硝使用的催化通道横截面积过大，无法达到NOX、氧均匀分布，无法将催化还原反应达到最大的结果。
（3）尿素热解时产生的氨气通过氨气控制阀门控制，目前大部分设计都不能实现自动化，无法实现程序的全部运行，造成氨气的浪费。
3.2 脱硝喷氨控制系统响应迟钝的研究
脱硝喷氨控制系统工作状态下，被控制的对象响应迟钝，响应时间短的有3分钟，长可以达到20分钟以上，造成控制周期冗长，非常不利于脱硝的进行。主要的原因是：
（1）整个脱硝机组运行复杂，但是脱硝控制部分逻辑设计相对简便无法与复杂系统实现有效对接，不能适应随时出现的运行状况。
（2）脱硝系统运行时SCR出口的NOX浓度和进口浓度处于时刻变化状态，浓度的变化势必会造成两边浓度差，造成被控对象的响应判断出现误差，从而影响判断结果。
（3）脱硝控制系统运行中，不能及时进行前馈作用，导致无法及时对机组出现的变化做出合理的修改以应对变化。
（4）脱硝喷氨控制系统的计算只考虑到气体浓度的摩尔质量之比，考虑方式比较单一，造成达不到理想的控制效果。
4 影响脱硝喷氨控制的因素及优化研究
4.1 脱硝喷氨控制系统响应滞后
脱硝喷氨控制系统在喷氨阀门运行后，被控对象响应迟钝，主要是NOX浓度的变化造成的影响。
优化设计：1、针对NOX浓度测量时间长，不灵敏的关键因素进行改造，设法增强NOX测量效率。2、根据系统平时运行时的状态，设置出合理的参数，在系统处于稳定状态时进行NOX测量，减少系统运行不稳造成的影响。
4.2 系统负荷改变造成喷氨自动化异常
脱硝系统工作时喷氨量和系统的负荷量有很大关系，负荷量变化直接影响氨气、烟气的产生量及反应量，这对脱硝喷氨系统的自动化有很大影响。事实上，当脱硝喷氨控制系统负荷量发生变化时，必须经过PID重新计算，再引入各项参数的调节，但是时间相对缓慢。
优化设计：针对有关负荷变化的参数进行有效收集比如：煤炭使用量、产生的气体流量、入口的氨气流量等，设想出多种负荷变化的情况，针对这些情况所面临的负荷状态提前做出反馈程序，进一步解决由于负荷突变造成的响应迟钝。
4.3 脱硝喷氨自动控制系统模式单一
目前主要的自动控制为气体浓度的摩尔比，单一的摩尔控制通过SCR进口的NOX和烟气流量的乘积而得到的NOX摩尔质量，在依据氨气和NOX摩尔质量之比，得出氨气所需的流量，根据流量，合理的设定出参数。
优化设计：适当的考虑煤炭使用量、烟气流量等影响负荷的前馈量和摩尔比相互结合，依据双重作用来改变，控制模式单一的缺陷。
5 结束语
本文通过对火电厂脱硝技术的综合讲解，筛选出适合火电厂应用的SCR脱硝技术，并指出此技术控制系统存在的问题，对其问题一一进行优化设计。虽然，现在火电厂脱硝喷氨系统还有着很大的不足，但是通过不断的优化设计，必定能为我国火力发电事业的更进一步做出应有的贡献。
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论文作者:张雷, 李崇涛
论文发表刊物:《电力技术》2016年第3期
论文发表时间:2016/7/14
标签：火电厂论文; 氨气论文; 技术论文; 控制系统论文; 煤炭论文; 氧化物论文; 污染物论文; 《电力技术》2016年第3期论文;