沈阳浑南热力有限责任公司 辽宁沈阳 110000
摘要：随着环保节能上升到法律和社会层面，供热行业面临大量脱硝改造工程。本文通过对SNCR的一种控制逻辑方案分析，并结合某供热企业的成功应用，表明在脱硝装置内提高自动化程度有利于设备的精准控制和经济运行。
关键词：SNCR、控制、自动化
Analysis of SNCR Control Scheme and Application
Wang Zhichao Ma Hongliang
Abstract: With the rise of environmental protection and energy saving to the legal and social level, the heating enterprise is facing a large number of denitrification renovation projects. Through the analysis of a control logic scheme of SNCR and the successful application of a heating enterprise, it is shown that the improvement of automation in the denitrification unit is beneficial to the precise control and economic operation of the equipment.
Key words:SNCR, control, automation
1.引言
如今国家对环保节能十分重视，环保指标也日趋严格。GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中对新建燃煤锅炉NOx排放量浓度限制为300mg/m³，以目前供热行业运行情况来看远高于这一数值，基本在300~400mg/m³以上。因此供热企业投入脱硝运行，实施减排势在必行。SNCR作为脱硝技术中的一种，以一次性投入小、运行成本低、占地面积小等优势在我国烟气脱硝领域有广泛的应用。
2.脱硝控制现状
目前供热企业为响应国家标准的规定，迫切的上马脱硝设备。由于对脱硝运行状况和后续问题的认识不足，实际运行中出现问题较多。主要反映为，为了降低NOx排放浓度，而粗狂式的增大氨或尿素使用量，带来了运行的不经济以及尾部设备腐蚀问题。脱硝系统多采用PLC控制，往往自动化程度较低，系统无法自动跟踪NOx量的变化而主动调节，实际运行仍然依靠中控室或现场人员手动调整喷氨量和氨液配比浓度，这种方式随意性很大，而且随着时间的推移人工调节的敏感性和频率都会降低，这也是造成以上问题的主要原因。因此，提高自动化控制在经济和安全运行方面来讲十分必要。
3.脱硝控制方案分析
自动化是反映并实现人类思维的一种方式。本文论述脱硝控制系统主要对温度判断与氨液配比控制、喷枪布置与控制、介质反应时间控制几个影响运行的主要方面进行分析、解决。
3.1温度判断与氨液配比控制
SNCR不需要催化剂，属于选择性非催化还原法，利用机械喷枪将氨或尿素溶液雾化后
喷入炉膛内。NH3作为还原剂，在温度为850℃~1100℃的范围内与NOx进行还原反应，将NOx还原成N2和H2O。如超出温度区反应则会带来：温度过高（超过1100℃），NH3会被O2转化成NOx；温度过低（低于850℃），NH3反应不完全，容易造成NH3的泄露，氨逃逸数值增高。可见适合的反应温度控制和温度测点选取对脱硝效率起着主导作用。
基于以上原则，制定的控制思路为，首先对锅炉烟道内喷枪区域做流量及温度场分布模拟分析，选择适合的温度测点位置，测点位置避免选在热量场波动较大或冷端。我厂将温度测点分为4层布置，每层布置2个温度测点。并完成以下控制逻辑：
喷氨前对每层温度测点平均值做判断分析是否在合理反应温度区（850℃~1 100℃）内，
对符合条件层开启喷枪喷氨。对多层同时满足喷射条件，则循环判断出口NOx浓度由下至上逐层开启喷枪喷射。当符合条件层均开启喷射仍然无法满足排放浓度值时，在满足温度条件的前提下，通过调节氨水和稀释水变频泵的频率调节氨液浓度，从而达到控制出口烟气NOx浓度的目的。对于出口NOx达到要求而氨逃逸值超标的情况，也同理调节变频泵降低喷射氨液浓度。以上操作均基于温度在合理反应区域内，如开启层超出温度反应区则执行关闭当前层喷枪命令。
3.2喷枪布置与控制
经过对流量及温度场分布模拟，选择代表性喷射点布置喷枪。我厂采用四层布置喷枪，每层6只，每层控制喷枪的电磁阀与该层测温热电偶形成控制回路，实现对喷枪的启闭。
氨液的雾化度与反应关系密切。雾化程度过小，会产生较大的溶液颗粒，喷射呈现尖圆锥形，覆盖面、与烟气接触面均较窄，不能充分混合并反应。这样会导致氨逃逸数值升高。雾化程度过大，喷射成扁锥形，喷射覆盖面增大，但是氨液受烟道内紊流影响很大，喷出溶剂容易被带出合理反应区，影响反应效果。我厂采用一种双雾化喷枪，喷枪嘴进行第一次雾化，再由压缩空气进行推力二次雾化喷出，实际应用雾化效果较好。
在运行投入阶段如出现排放浓度和氨逃逸数值同时超标情况，系统输出报警信号，这时运行人员应考虑喷枪雾化不理想的可能，手动调节喷嘴和压缩空气调节阀来整定雾化角。
3.3介质反应时间控制
物质反应需要一定时间，NH3在炉内合理反应区停留的时间也影响着脱硝的彻底性。
NH3与烟气接触、水的蒸发、还原剂的分解、还原NOx等步骤均需在反应时间内充分的完成。烟气流速决定着烟气在合理反应区停留的时长。流速高则停留时间短，NOx还原不彻底；流速低还原反应时间充分，但低流速烟气会造成尾部烟道积灰。因此控制流速在合理范围十分必要。
烟气流速与整体锅炉带压运行相关，脱硝控制系统可通过尾部CEMS对流速进行数据监控。另外喷枪分层布置的层间距离也影响到反应时间。我厂控制烟气流速在1m/s,喷枪层间距1m，层间温降50℃，满足合理反应温度区间跨度。
3.4运行应用分析
脱硝系统涉及多环节控制回路，系统运行存在滞后性，因此需加入非线性控制器来解决延迟性和时变特性带来的误差，同时应始终以NOx排放浓度作为反馈主调量，避免产生超调、失调现象。从我厂运行数据可以看出NOx排放量保持在200mg/m³以下，氨逃逸量保持在7 ppm以下，脱硝效率为55%左右，控制系统运行情况良好。
图1-1 NOx排放量和氨逃逸对比
4.结束语
脱硝自控系统的投入降低了运行人员的决策频率，减少了现场人员调试工作，确保了系统的安全运行。同时也为装置的经济运行提供了理论和数据的支撑。
参考文献：
[1]赵海军.关于影响SNCR系统脱销效果的因素分析[J].科技创新导报,2011(28).
[2]孙克勤.火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].化学工业出版社,2006.
论文作者:王志超, 马宏亮
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
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