基于多点实时测量技术路线的脱硝精准喷氨优化方案

北极星大气网讯:一、研究及实施背景：

2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度分别不高于50毫克/立方米）。针对“行动计划”，国内火力发电集团提出了“超净排放”、“近零排放”、“超低排放”、“绿色发电”等类似的口号。

在节能减排行动方案及计划的背景下，为确保烟气达标排放和节能减排效果，更好的解决脱硝系统出现的喷氨实时性差、过量喷氨、喷氨不均、空预器堵塞等问题，进行了SCR智能喷氨及分区控制方面的积极探索。

依据电力行业标准和国家环保标准，在NOx超低排放形势下，脱硝系统的运行效率接近SCR技术的临界值，过量喷氨风险大，进而导致以下问题：

（1）氨逃逸率大，增大了能耗；

（2）空预器堵塞，增大引风机电耗；

（3）电除尘器极板、极线裹灰，影响除尘效率；

（4）煤灰中氨盐含量高，影响煤灰的综合利用；

（5）自动无法投入或效果差，增加了劳动强度；

综上所述的问题均源于硫酸氢氨。以下为脱硝反应方程式：

基本反应方程式

4NO + 4NH₃ + O₂ 4N₂ + 6H₂ （1）主要

4NO2 + 2NH3 + O₂ 3N₂ + 6H₂O （2）主要

6NO + 4NH₃ 5N₂ + 6H₂O （3）

6NO₂ + 8NH₃ 7N₂ + 12H₂O （4）

副反应方程式

SO₂+1/2O₂ SO₃ （5）

NH₃ + SO₃ + H₂O NH₄HSO₄ （6）

通过上述方程式分析得出以下致使硫酸氢氨生成的因素：

（1）催化剂的SO₂/ SO₃的转化率；（<1%）

（2）SO₂的数量级；

（3）锅炉燃烧生成的SO₃；

（4）温度；

（5）氨逃逸量；

过量喷氨； （局部、整体）{1、数据采集滞后2、流场及浓度场不均3、氨氮摩尔比（整体、局部）4、操作（手动、自动）}

动态调整；

催化剂性能；

通过上述分析得出，由于（1）-（4）基本属于难以调控或者调控成本较高的变量，可控的过量喷氨就成了控制问题的关键。

二、解决方案：

众所周知，脱硝系统具有工艺流程简单、反应时间短等特点，而现有的检测装置抽气式CEMS仪表由于分析工艺流程复杂（伴热取样、样气预处理、烟气分析、数据处理及传输），普遍测量滞后90-150秒，因此类似巡测、轮测等方案均为通过这种方式测量的数据（通过增加取样点轮流或循环测量）进行反馈调整脱硝喷氨无法满足精准喷氨的要求，根本无法得到理想的效果；而在烟道上原位式安装的多点测量分析技术方案恰恰实现了扬长避短，3秒钟实现数据测量及传输，低延时的反馈至DCS通过逻辑计算后指导调整优化喷氨，将大大提高了精准效率。

1、技术路线：分区改造——分区实时测量——分区调平——总量控制

2、针对数据采集（NOx/O2）的滞后问题；（采用原位式测量仪表）

原位式实时测量仪表与抽气式CEMS比较：

三、实施案例：

某电厂350MW机组自超低改造以后一直存在着氨逃逸高、脱硝喷氨自动无法正常投入（控制不稳定）、脱硝出口ＮＯｘ数值与总排口ＮＯｘ数值不匹配、还原剂（尿素）耗量过高、空预器堵塞严重清理周期短等问题，基于以上探索，采用氮氧化物实时技术路线进行了精准喷氨改造。

（一）流场优化部分：

1、在省煤器出口水平烟道变径内设置 1 组大尺寸静态混合器，该静态混合器为三角翼形式，布置为单侧导向，起到变径导流和烟气混合的作用；

2、修改上升烟道底部的 1 组导流板，使烟气经过导流板导流后烟气流动角度得到矫正，另外弧板由原来的 90°直角形式改为60°，可降低烟气灰分下落的阻力，可防止水平段烟道积灰；

3、SCR 上气室增设 5 组导流板，起到均流的作用，消除整流格栅安装间隙形成的局部高速区；增设 2 组出口导流板，用于减少出口烟气偏流对仪表测量结果和后续换热器磨损等不良影响。

（二）喷氨格栅改造：

为实现精准调氨控制，原有的10套圆盘式涡流混合器拆除，重新安装新型喷氨格栅；单侧烟道喷氨格栅分7个区，每个分区调门后包含4个格栅模块，每个模块设1个DN50手动门控制，由3根支管、30支末端喷管组成，单侧烟道共计840支喷管，配套先进控制逻辑算法，通过调整分区调门与格栅手动门，实现机组动态工况下的脱硝精准喷氨。

（三）仪表及分区控制改造：

１、CEMS更换：本次改造#2机组拆除原SCR入口、出口CEMS仪表，更换为NCL1801原位式NOx多点分析仪，测量脱硝出入口NOx和O2浓度，脱硝系统单侧烟道入口安装2个测点，出口安装4个测点，各测点相互独立，同步测量实时输出数据；

２、原双侧共10支DN125喷氨管道全部拆除，改造为14支DN100喷氨管道，安装手动一次门、文丘里流量计、气动调节蝶阀及格栅模块控制手动门。

3、DCS扩展：所有新增测点信号接至本次技改新增DCS扩展柜，通过光缆接至主机DCS，实现远程监视与控制。

通过上述改造以后，机组脱硝系统工况得到了极大的改善，脱硝自动投入正常，设定参数后不再需要人工监视，氨逃逸大大降低，机侧与实验室手工测量都在１ｐｐｍ的低水平运行，通过三个月运行数据统计分析，还原剂消耗量下降约２０％，空预器易堵问题得到极大改善，实现了精准喷氨的改造效果。

综上所述，基于实时测量技术路线的精准喷氨方案能针对性的解决当前脱硝系统的普遍痛点（测量滞后导致的控制策略失效），是值得推荐的精准喷氨技术路线。