溫度儀
選擇性催化還原法（以下簡(jiǎn)稱“SCR”） 脫硝工藝是目前在中國(guó)火電廠應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)之一，該方法利用煙氣中的NOx 與還原劑在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，生成N2 和H2O，從而脫除NOx。
2014年9月，環(huán)保部、發(fā)改委、能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》的通知，要求到2020年，現(xiàn)役6.0×105kW及以上燃煤發(fā)電機(jī)組、東部地區(qū)3.0×105 kW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、1.0×10 kW及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。2015年12月，三部委再次聯(lián)合發(fā)布《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，對(duì)超低排放改造工作做出全面要求。目前，一發(fā)電集團(tuán)旗下13家燃煤電廠基本已完成超低排放改造，大部分機(jī)組SCR改造都采用了在原備用層增加一層催化劑的改造方式，此種方式具有在不改變現(xiàn)有反應(yīng)器的基礎(chǔ)上提高脫硝效率的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)上述機(jī)組的跟蹤研究，總結(jié)了SCR改造后出現(xiàn)的幾個(gè)威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的共性問(wèn)題，并提出了解決建議。
1 存在的問(wèn)題
1.1 氨逃逸大
1.1.1 噴氨過(guò)量
機(jī)組超低排放改造后，SCR系統(tǒng)入口條件可能已發(fā)生變化，特別是機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)較大時(shí)，噴氨格柵噴出的NH3與煙氣中的NOx可能存在比例分布不均勻的問(wèn)題，引起局部噴氨過(guò)量。另外，由于對(duì)出口NOx排放濃度的嚴(yán)格控制，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中部分電廠采用了過(guò)量噴氨的方式。上述2 種情況在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)造成氨逃逸增大，形成硫酸氫銨（以下簡(jiǎn)稱“ABS”）。ABS在特定溫度范圍內(nèi)呈液態(tài)黏稠狀，黏附煙氣中的飛灰后附著在設(shè)備上，造成SCR下游設(shè)備（比如空預(yù)器、除塵器等） 的堵塞，嚴(yán)重時(shí)必須停爐清理，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的威脅。
1.1.2 供氨閥門自動(dòng)控制缺陷
SCR系統(tǒng)噴氨閥門的典型控制過(guò)程為：SCR系統(tǒng)采用串級(jí)PID加前饋的控制策略，用原煙氣中NOx的體積分?jǐn)?shù)乘以NO2NO的摩爾比計(jì)算出NO2含量作為串級(jí)PID控制前饋；為了防止氨逃逸對(duì)控制造成影響，將SCR煙氣脫硝系統(tǒng)出口煙氣中NO2的含量（計(jì)算方法同前饋部分NO2的含量） 作為主調(diào)PID的測(cè)量值，目標(biāo)NOx體積分?jǐn)?shù)作為設(shè)定值，前饋和主調(diào)PID共同疊加后生成NO2的體積分?jǐn)?shù)，NO2體積分?jǐn)?shù)乘以煙氣流量得到NO2的流量信號(hào)，該信號(hào)乘以所需氨氮摩爾比就是基本氨氣流量信號(hào)，此信號(hào)作為給定值送入副調(diào)經(jīng)運(yùn)算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)氨氣流量。圖1為供氨自動(dòng)控制流程。
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由于SCR系統(tǒng)存在明顯的NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后的問(wèn)題，系統(tǒng)采用實(shí)際機(jī)組負(fù)荷來(lái)預(yù)測(cè)煙氣流量。
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組入口NOx波動(dòng)較大或機(jī)組負(fù)荷低時(shí)，噴氨自動(dòng)控制會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)不及時(shí)的情況，容易造成噴氨過(guò)量，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)給后續(xù)設(shè)備帶來(lái)安全隱患，因此大部分電廠運(yùn)行人員都以手動(dòng)調(diào)節(jié)代替閥門自動(dòng)調(diào)節(jié)。
1.2 催化劑堵塞
部分系統(tǒng)催化劑蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)為單一氣源，取自鍋爐蒸汽吹灰母管減壓閥后，在調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)點(diǎn)火后蒸汽壓力未達(dá)到鍋爐本體吹灰壓力要求而脫硝系統(tǒng)無(wú)法吹灰的情況，吹灰器無(wú)法正常吹灰就會(huì)引起催化劑積灰，若初次點(diǎn)火到整套啟動(dòng)間隔較長(zhǎng)（比如2 個(gè)～3 個(gè)月），積灰可能會(huì)在催化劑的表面和孔道中板結(jié)，再次啟動(dòng)吹灰器也無(wú)法有效去除，嚴(yán)重影響催化劑使用壽命和脫硝效率。
另外，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還存在運(yùn)行人員對(duì)催化劑差壓重視度不足，僅啟動(dòng)超聲波吹灰器而長(zhǎng)期不啟動(dòng)蒸汽吹灰器的情況，無(wú)法及時(shí)有效去除催化劑中的積灰，這也是造成催化劑壽命縮短和脫硝效率降低的重要原因之一。
2 解決建議
2.1 噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)
噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)是在機(jī)組常規(guī)高負(fù)荷下進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果對(duì)SCR裝置中的噴氨格柵手動(dòng)噴氨閥門進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)可以在滿足NOx濃度控制要求的前提下，減少還原劑用量，降低氨逃逸率，減輕ABS對(duì)下游設(shè)備的危害，提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
試驗(yàn)采用網(wǎng)格法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，截面選取要有代表性。圖中標(biāo)注的SCR入口測(cè)點(diǎn)是在省煤器后、催化劑前，SCR出口測(cè)點(diǎn)是在催化劑后、空預(yù)器之前。
噴氨優(yōu)化調(diào)整程序如圖3 所示。通過(guò)多次調(diào)節(jié)格柵上的支管手動(dòng)噴氨閥門開度，調(diào)整各支管噴氨流量，使SCR反應(yīng)器截面內(nèi)NOx與氨比例分布更加均勻，直到SCR反應(yīng)器出口截面的NOx分布均勻性得到明顯改善，從而有效降低反應(yīng)器出口NOx濃度分布的不均勻度。
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2.2 自動(dòng)控制策略建議
a) 因?yàn)橹髌髁啃盘?hào)變化超前于實(shí)際機(jī)組負(fù)荷信號(hào)變化，所以可以采用主汽流量信號(hào)代替實(shí)際機(jī)組負(fù)荷信號(hào)來(lái)預(yù)測(cè)NOx的變化，減少控制響應(yīng)時(shí)間；
b) 根據(jù)氨流量采取變PID參數(shù)調(diào)節(jié)；
c) 前饋部分加入NOx濃度變化的微分作用。
2.3 吹灰器運(yùn)行建議
a) 建議采用雙路氣源（輔汽或啟動(dòng)爐氣源） 或在停爐期間設(shè)置臨時(shí)氣源吹灰（如壓縮空氣） 的方式解決這一問(wèn)題。同時(shí)要注意采用蒸汽作為氣源吹灰時(shí)，要保證蒸汽的壓力和溫度及煙氣的溫度達(dá)到系統(tǒng)要求，杜絕催化劑受潮；
b) 加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的教育，明確定期啟動(dòng)蒸汽吹灰器的時(shí)間或差壓報(bào)警值。在啟動(dòng)蒸汽吹灰器前要保證足夠的疏水時(shí)間。
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于已建成的SCR裝置，通過(guò)在備用層增加一層催化劑的方式來(lái)提效增容，在不改變?cè)蟹磻?yīng)器的基礎(chǔ)上提高了脫硝效率，從而達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)是比較經(jīng)濟(jì)的做法，也是主流的改造方法之一。
裝置改造之后需要對(duì)噴氨過(guò)量問(wèn)題和吹灰器運(yùn)行問(wèn)題給予足夠重視，及時(shí)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)；通過(guò)噴氨系統(tǒng)自動(dòng)控制的調(diào)試和噴氨調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果，靈活調(diào)整系統(tǒng)和裝置控制方式，可以有效減少氨逃逸，減少ABS 的產(chǎn)生和對(duì)下游設(shè)備的安全威脅。另外，在運(yùn)行過(guò)程中，要嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行蒸汽吹灰并保證吹灰的壓力和溫度，確保催化劑長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
