基于炉膛温度场原理的脱硝控制优化

北极星环保网讯:基于脱硝系统精细化控制总体思路，本文提出了利用温度场测量装置构建二维温度场，在此基础上优化PID控制策略，利用温度场与NOx生成量的耦合关系，使脱硝控制系统能够适应锅炉大负荷波动带来的影响。

1引言

“十二五”期间，根据产业规划，我国采用的技术路线是:大力普及低NOx燃烧器技术，积极开发和示范空气分段供给燃烧及时和超细煤粉再燃技术，推进各种烟气脱硝技术(SCR,SNCR,SNCR/SCR)国产化。预计到2020年，中国将安装SCR脱硝装置约有1.5亿kW，因此，消化、吸收、研究并创新SCR脱硝技术，在我国有重要的现实意义。

随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，对采用SCR法脱硝的火力发电厂在确保烟气排放达标的同时还要增强脱硝系统运行的可靠性、连续性和经济性，在保证脱硝效率的同时，如何应对机组大负荷波动，如何优化SCR脱硝系统性能，精确而经济地控制喷氨量、降低氨逃逸是脱硝系统运行面临的一个难点。

2影响SCR脱硝效率的因素

2.1微观因素

在既定反应条件下，脱硝反应速率与催化剂微孔的面积和烟气中反应物浓度成正比，与表面化学反应阻力、外传质阻力和内传质阻力成反比。因此增加微孔横截面积和反应物浓度，减少反应中各类阻力有助于脱硝反应的进行，提高脱硝效率。

可以通过提高氨气浓度和增加催化剂微孔内表面积的方法减少化学反应阻力;通过改变烟气流动状态和提高烟气温度，减少层流膜的厚度，有利于减少外传阻力;通过减少催化剂外表面与微孔内表面积之间的平均距离，增大催化剂微孔内表面积和微孔平均截面积，能够减少内传阻力，有效提高脱硝反应速率。

2.2宏观因素

2.2.1烟气温度的影响

当催化剂在烟气温度280℃-400℃之间时，烟气温度越高，脱硝效率越大，但超过400℃后，脱硝效率随着温度升高开始下降。因此为了降低烟温对脱硝效率的影响，应尽量保持锅炉工况稳定或采取带旁路的省煤器来调整脱硝入口烟温。

2.2.2氨氮比的影响

氨氮比=1.0时能达到95%以上的NO脱除率，并能使NH3的逃逸浓度维持在5×10-6或更小。实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射进入系统，造成反应器后烟气下游氨逃逸超标，氨逃逸是影响SCR系统安全稳定运行的另一个重要参数，燃煤机组一般将NH3的排放控制在2×10-6以下，以减少对后续装置的堵塞。

2.2.3合理控制喷氨量

喷氨量与烟气中的NOx含量相对应后，才能保证NOx反应过程中脱硝效率、氨气逃逸率和催化剂寿命。在锅炉负荷变化过程中，若氨气流量与NOx浓度对应，可以有效地避免由于过度喷氨造成的不良后果。

综上，对SCR系统的优化可以着重从两方面入手，一是为还原反应创造最佳的条件，通过改善设备结构和提供适宜的温度场、反应时间;另一方面是在满足脱硝出口合格的前提下，优化脱硝控制，充分发挥温度场与NOx生成物的耦合关系，尽可能的减少喷氨量，降低氨逃逸，通过更精准的控制手段来控制喷氨量。

3脱硝系统运行现状分析

总结国内脱硝控制系统运行情况，对氨气流量的控制一般采用固定摩尔比控制方式和固定出口NOx浓度控制方式，这两种控制方式各有自己的控制优势，但由于负荷的波动、设备运行工况的因素的变化，造成各喷氨点后的氨气浓度与烟气浓度并不匹配，从而出现喷氨量增加，局部氨逃逸过大，威胁到烟气下游设备的安全运行，有研究测试表明，NH3逃逸率达到2ppm，空预器运行半年后其阻力增加30%，NH3逃逸率达到3ppm，空预器运行半年后其阻力增加约50%。一般的SCR自动控制中，以SCR出、入口NOx浓度作为烟气自动调节的参考参数，但CEMS数据采集具有一定的误差和滞后性，并且由于SCR反应器内烟气流速不均，CEMS采样未必具备代表性，以上因素均会对SCR单闭环自动调节产生反映慢、调节失稳失准等影响。

4基于温度场的脱硝控制优化思路

4.1温度场的建立

AGAM型声波法炉膛温度场测量系统是一类先进的工业在线二维温度场全工况实时监测设备，此设备是德国Bonnenberg+Drescher公司多年的科技研究成果，可实现在各种工况下对锅炉、焚烧炉和各种加热炉内高温燃烧气体温度的实时连续的全自动测量。

声波法气体温度测量技术通过测量锅炉内距离已知的一对声波收发装置之间一个声波脉冲的飞行时间，来计算该通道气体平均温度。声学测温系统可以使用一定数量的收发器形成一个测量网格，从而测量炉内一个水平面的温度分布情况。

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