基于NOx排放指标的喷氨优化

摘要：本文分析了脱硝烟气分析表计、烟气流量测量准确性对喷氨控制的影响，对烟气流量场不均匀性影响喷氨效果进行探讨。通过对浙江浙能长兴发电有限公司脱硝系统的烟气分析表计、烟气流量测量装置优化，喷氨格栅调整及控制模型调整，从测量设备、控制模型、参数、喷氨格栅等多方面着手来提高脱硝喷氨控制效果。

0引言

长兴发电有限公司4×300MW机组脱硝工程，采用选择性催化还原(SCR)脱硝装置，在设计煤种、锅炉最大工况(BMCR)、处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于70%。

脱硝系统布置在锅炉省煤器和空预器之间的位置。烟道分两路从省煤器后接出，经过垂直上升后变为水平后，接入SCR反应器。反应器为垂直布置，经过脱硝以后的烟气经斜烟道进入空预器入口烟道。自投产以来，出现脱硝NOX测量取样代表性不够准确、烟气流量测量不准、存在喷氨过喷或少喷、脱硝效率过高或过低，SCR出口与烟囱排放口偏差较大等问题，导致影响锅炉环保排放控制不够精确及锅炉空预器容易堵塞问题。

为解决存在问题，对脱硝系统深入分析并提出了解决对策。利用机组检修和调停机会对设备进行改进、调整，控制模型优化；运行时对调节参数进行细调，进而取得了较好的效果。

1存在问题及原因分析

脱硝效率过高或过低，喷氨量过高或过低。通过分析，导致脱硝NOX控制不稳定的原因有以下几点:

1)烟气流场流速不均

由于烟气流场受烟道结构和催化剂、烟气挡板调节、脱硝入口喷氨格栅影响，导致流速不均、烟气成分分布不均。

2)烟气NOX测量取样点单一，代表性不够

脱硝基建时，烟气NOX测量取样布置于烟道本体，并采用直插单点取样方式，所取样只代表当前截面的某一点区域。

图1多点均压管旁路取样NOX测量装置

3)烟气流量测量与实际偏差大

先期安装流量测量设备为热导式流速仪。测量元件为烟道插入式单点安装，测量原理是流速仪探杆头部有长短不一、前后布置的测温探针两支，通过烟气流经探针的先后温差解算流速、流量。由于单点布置，只代表该点流速代表性低，与实际平均流速偏差较大，导致流量计算偏差。同时该流速仪结构易产生探杆头部烟温探针积垢现象，一旦结垢将无法准确测出流速。

图2烟气旁路布置图和烟道内部均压管布置图

4)喷氨量测量装置截面在受结晶时，测量会有偏差

喷氨装置经过长期运行时，喷氨量测量装置出现微偏时不宜发现，但控制长期作用时所产生的累积误差将不可小觑。

2改进措施

经过分析，技术人员认为改善脱硝NOX控制应从提高烟气流场流速均匀性、改善测量装置、改进控制模型着手，并逐条提出对策。

1)提高烟气流场流速均匀性

来自锅炉省煤器出口的烟气进入脱硝系统烟道，在烟道内与经喷氨格栅(AIG)喷入的氨气充分混合均匀后进入SCR反应器。为提高流场流速均匀性，烟气进入脱硝系统烟道加装导流板，提高烟气流速的稳定性。对喷氨格栅进行调整，提高烟气流场的均匀性。

2)脱硝NOX测量采用烟道多点均压管旁路结构，提高NOX测量代表性

改进措施具体结构为脱硝NOX测量，采用烟道多点均压管旁路结构，分别在脱硝进口水平烟道和出口水平烟道装设上下两根多点均压管，横向水平布置，用于在烟道中均匀取样。取出烟气引至旁路管道，旁路管道中将烟道上下截面来烟气再次混合，通过安装于旁路管中段位置的烟气取样探头抽出送至分析仪表。经过实际运行效果良好，仪表NOX数据稳定可靠，烟气中NOX成分代表性明显提高。

3)分析小室移位

图3热式流量计和DFAB防堵阵列式风量测量装置对比图

脱硝烟气分析小室布置SCR进口原烟气NOX表两台(A\B烟道)，型号ABB-AO2020，量程(0~600)；SCR出口净烟气NOX表两台(A\B烟道)，型号ABB-AO2020，量程(0~600)，用于实时监测脱硝SCR工作情况。

实际运行中由于脱硝小室布置于锅炉本体钢架上，SCR进口烟气小室位于锅炉7楼34m层，SCR出口烟气小室位于锅炉5楼23.6m层。锅炉钢架在运行过程中，有振动及共振现象。个别小室振动幅值较大已接近或超过仪表可承受范围，对仪表产生破坏性影响，导致表计故障频发。

同时SCR出口烟气小室处于省煤器仓泵同一层，现场设备漏灰量较大，粉尘污染严重，小室环境恶劣。严重影响小室环境因素还有小室结构为简易房，保温及密封效果较差，位置又处于锅炉本体高位四面透风无遮挡，夏季太阳光直射叠加锅炉散热室内温度高达50°C~60°C;冬季寒风凌冽温度低至-10°C。

烟气分析小室依据国家环保规定必须恒温恒湿，虽然装设空调，但使用效果较差，烟气分析仪表预处理系统受干扰较大。

基于上述原因，对分析小室进行移位。拆除原锅炉本体烟气监测小室，重新选址锅炉0m层地面，新建砖混结构小室。同时将SCR进出口小室合并，小室按电子室标准建设，下部架空放置电缆桥架层。所有机柜安置于固定槽钢钢架上，小室环形接地并与厂区接地网联通。所有取样伴热管及电缆重新施放。

脱硝烟气分析小室经此改造振动干扰彻底消除，房间保温、密封效果显著提高。小室更换位置后，受到锅炉电除尘及尾部烟道的遮挡，已无太阳光直射影响。同时更换空调，由原小室各装设一台1.5匹挂机改为3匹~5匹柜机，室内温度调控更加稳定。烟气分析仪表及预处理系统运行更为稳定安全：

a提高烟气流量测量准确性

先期安装流量测量设备为热导式流速仪。测量元件为烟道插入式单点安装，测量原理是流速仪探杆头部有长短不一、前后布置的测温探针两支，通过烟气流经探针的先后温差解算流速、流量。由于单点布置，只代表该点流速代表性低，与实际平均流速偏差较大，导致流量计算偏差。同时该流速仪结构易产生探杆头部烟温探针积垢现象，一旦结垢将无法准确测出流速，需人工拆除进行清理，维护困难。

根据锅炉烟道烟气粉尘大、烟道截面大、风道内流场极其不均的特性，必须采用防堵性能好、耐磨损、多个点平均取压、压损小的一种风量测量装置。一般传统的测风装置，如机翼，巴类、文丘里不能满足这些要求。因而经过技术方案比对，最终确定使用DFAB型防堵阵列式风量测量装置作为脱硝项目烟气流量测量装置的一次元件。改型后的风量测量装置本身具备的自清灰和防堵塞功能，几乎没有压力损失。加上耐磨涂层，防磨性能好、性能可靠，风量显示稳定。目前已经在各类型的锅炉上得到应用，成为免维护产品。防堵阵列式风量测量装置基于靠背测量原理，测量装置安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为“全压”,背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管内风速有关。风速越大，差压越大；风速小，差压也小。因此，只有测量出差压的大小，再找出差压与风速的对应关系，就能正确地测出管内风量。改造后脱硝风量测量准确率明显提升。

b改进控制模型，减少中间环节对控制的影响

原控制模型以控制喷氨量为中间变量来最终控制NOX，其控制SAMA图如图4所示。

图4优化前脱硝率控制回路

基于其控制原理，必须对SCR入口NOX、SCR出口NOX、SCR烟气流量、氨供给流量、氧量任一量都必须准确，但实际运行过程不可避免地会出现测量故障或准确性不够的问题。如何避免多重量影响NOX的控制，必须对现有模型进行优化，合理提取其基本要素，重新整合。

优化后NOX控制回路以目标NOX为主控回路，从而尽可能避免SCR入口NOX、SCR烟气流量、氨供给流量测量对控制回路的影响，同时为提高系统模型的快速响应，引入到前馈量按系数折算，从而提高模型的快速性与稳定性结合。

3小结

经过上述措施后，脱硝NOX测量准确性及控制稳定性得到大幅提高，适合机组控制AGC调节及负荷大幅扰动调节。