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SCR 烟气脱硝系统运行控制策略

浏览171次时间：2015年1月15日 09:47

黄勇广东大唐国际潮州发电有限责任公司 510000

【文章摘要】

燃煤生产过程中产生的硝是近年来越来越严重的环境污染问题之一，对燃煤生产过程中的硝的排放进行控制是当前环境保护研究过程中的重要课题，在燃煤电厂的生产过程中加强SCR 烟气脱硝技术的研究，对于环境保护具有十分重要的意义，也有助燃煤电力生产行业的可持续发展。本文对SCR 烟气脱硝技术的相关问题进行分析和探讨。

【关键词】

SCR 烟气脱硝技术；脱硝系统；脱硝控制；策略

0 引言

据调查，在全球范围内每年将会有大约几千吨硝排放到大气中，其中有80% 的硝都是由于人类活动造成的。硝是环境污染的一种主要原因，在环境污染中，产生硝污染的原因主要是由于矿石燃料的燃烧、金属冶炼、硝矿开发等，其中产生硝污染的最主要的原因是燃煤燃烧造成的。燃煤是造成硝污染的主要原因，在燃煤企业生产过程中必须要加强硝排放的控制，加强对自然的保护，以提高人们的身体健康能力。

1 脱硝技术的概述

当前脱硝过程中使用的技术主要有两种，一种是SNCR，另一种是SCR，一般说来，在水泥企业生产过程中一般采用SNCR 进行脱硝的几率加大。

SNCR 也叫做选择性非催化还原技术，这种脱硝技术指的是不使用催化剂的一种脱硝方法，指的是将温度控制在850 ～ 1100℃范围内对氮氧化合物进行还原的方法，利用这种技术和方法进行脱硝，不使用催化剂的情况下一般会使用氨和尿素作为催化进行脱硝处理。一般说来，SNCR 脱硝技术在大型燃煤机组中应用时可以达到25% ～ 40% , 对于小型机组而言，其效率会高很多，一般会有80% 左右。这种脱硝的方法受到锅炉结构尺寸的影响比较大，一般可以用作进行低氮燃烧技术的补充处理手段。这种脱硝技术的工程造价不高，布置也比较简单，而且占地比较下，适合对老旧的工厂进行改造，当前在很多行业中都有广泛的应用，比如工业、农业、商业、能源、环保、安全监管、质检等。

SCR 又叫做选择性催化还原技术。这种技术是当前行业内比较成熟的一种脱硝技术，是一种炉后脱硝技术，最早是在日本兴起的，主要是利用还原剂在金属催化剂作用下, 选择性地与氮氧化合物进行反应，然后分布生成N2 和H2O 的方法，而不是被氧气氧化, 因此也叫做选择性还原法，当前世界上使用较多的SCR 技术主要有氨法SCR 和尿素法 SCR，根据所使用的催化剂的不同分类有所不同，这两种方法都是利用氨对氮氧化合物的还原功能, 在催化剂作用下对在催化剂的作用下将氮氧化合物还原为对大气影响较小的 N2 和水的方法。在这种脱硝技术中，最常用的催化剂大多需要载体，载体一般都是TiO2，以V2O5 或V2 O5 -WO3 或V2O5- MoO3 为活性成分，载体的形式有三种，比如蜂窝式、板式、波纹式。

2 SCR 烟气脱硝自动化控制系统及应用

2.1 脱硝处理的难度

脱硝处理在当前的工业生产过程中还有较大的难度，SCR 烟气脱硝技术是当前工业中使用较为广泛的一种技术，这种技术的最大的消耗品是还原剂和催化剂，这种脱硝的方法效率较高，价格也比较低廉，在国内外的很多工程生产过程中都有广泛的使用。在烟气脱硝过程中应用的SCR 催化剂有高温、中温以及低温三种之分，高温可以达到600℃左右，不同的催化剂由于有不同的反应温度，因此脱硝处理过程中的难度主要表现在几个方面。第一，催温度的控制方面，在脱硝处理过程中，一个重要的原理就是对排出的气体进行还原，由于不同的催化剂有不同的工作温度，因此对温度的控制是一个重要的内容，如果温度较低，则会使得催化剂的活性也降低，脱硝的效率也会相应地降低。如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏，但是在当前的脱硝过程中，对温度的控制技术还不够精确，因此很难将催化剂的最佳功效发挥出来。另外，但是如果外界的反应温度过高，NH3 容易被氧化，会导致氮氧化合物的生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。因此，外界环境的温度过高或者过低都不利于催化剂的工作。第二，外界环境中的氧的控制难度较大。在脱硝过程中，如果有外界的催化剂的影响，加上外界空气中有氧的存在，会导致SO3 的生成量会增大，而对周围环境中的氧气进行控制，是一个难点问题，氧气是空气中的一种重要组成部分，只要有空气的地方就会有氧气，而当前一些脱硝装置的密封效果并不好，也不能实现绝对的真005

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空，因此导致脱硝难度增加。

并且和其他的物质一起反应生成NH4HSO4。NH4HSO4 是一种具有腐蚀性和粘性的物质，会对金属设备带来损坏，而且在脱硝的过程中，虽然SO3 的生成量有限，但是它的影响也比较大，也不能忽视。

2.2 SCR 烟气脱硝自动化控制系统及应用

2.2.1SCR 脱硝装置

（ 1）氨液制备区

SCR 烟气脱硝装置中，一般会采用液氨作为还原剂，液氨的纯度一般为99.5%，在脱硝装置中一共有2 套储存、卸载、蒸发氨系统，其中一套使用，另一套备用，系统中的装置包括卸氨压缩机、液氨储罐、液氨供应泵、液氨蒸发器、废水泵、废水池等设备。其中的蒸发器的温度保持在325℃左右，压力为0.72MPa 的蒸汽加热；液态氨的压力要保持在0.15-0.2MPa，进入蒸发器的管程要进行加热，其中加热到30℃为最佳，蒸汽进口阀可以对蒸汽的进量进行调节，氨气出口的温度要控制在30℃左右。氨气紧急排放系统将氨气排入稀释槽中，经水吸收排入废水池内，可以经过废水泵的处理，将其排入到废水处理场中。

（2）SCR 反应器

烟气脱硝装置的烟道及SCR 反应器都在锅炉省煤器后以及空气预热器之前，进行氨气喷射的格栅一般都安装在SCR 反应器烟气进口，烟气在锅炉出口处可以分成两个方向，其中每一个方向的烟气都可以进入到一个呈垂直状态布置的SCR 反应器中，并且可以向下流动，经过均流板、催化剂层，进入回转式空气预热器、静电除尘器以及脱硫系统中，对其中的各种物质进行过滤处理，然后可以通过烟囱将过滤之后的气体排入到大气中。

2.2.2 脱硝控制系统

（1）氨液压力和加热蒸汽温度控制

当氨系统开始运行之后，可以通过对蒸汽的进口阀的开度大小进行调节，对氨气的出口温度进行相应的控制，可以将其控制在30 摄氏度左右为最佳，为单回路控制。通过蒸发器氨液入口调节阀可以对氨气的出口的压力进行控制和调节，也是单回路控制。由于在实际变负荷的过程中，氨气的流量变化比较大，为了保持压力的稳定，在控制回路的过程中加入流量指令信号的前馈作用，可以实现对压力的优先调节，将其完善后可以实现对氨流量的控制。

（2）氨气流量和出口氮氧化合物浓度控制

SCR 烟气脱硝控制系统中的另一个重要的部分就是要对氨气的流量和出口氮氧化合物的浓度进行控制，对这部分内容进行控制的过程中，可以利用NH3/ 氮氧化合物的摩尔比提供所需要的氨气流量，使用基本的氮氧化合物含量，再乘以NH3 ／氮氧化合物摩尔比就可以计算出在脱硝的过程中所需要的氨气的需求量。出口氮氧化合物的浓度控制可以实现对NH3/ 氮氧化合物摩尔比进行修正，主要是对氨气的需求量进行修正，最终得到氨气流量的目标设定值，从而实现对脱硝质量的控制。需要注意的是，SCR 控制系统根据计算得出的氨气需求量可以通过相应的信号传输传递到相应的控制系统中，实现对氨气阀的开度控制，实现脱硝的自动控制和管理。

目前，采用脱硝调节控制出口氮氧化合物浓度的策略较多，但氮氧化合物浓度存在时变形、非线性的问题，给脱硝自动调节系统带来很大干扰，给氮氧化合物的浓度的调节带来很大困难，其中造成影响的因素主要有以下几个方面：

（1）NH3/ 氮氧化合物反应需要时间， NOX 的测量需要时间，从调阀开度变化到NOX 变化一般需要1.5-3min 时间，这给整个系统带来较长时间的滞后，调节对象惯性大、滞后时间长一直都是传统PID 调节的难题，只能通过增加微分作用或准确使用前馈量提前调节。

（2）进行NOX 测量时需要定期吹扫和校准，需要较长时间，一般长达8min。这段时间内的NOX 无法测量，只能保持吹扫前的溶度不变，出口NOX 此时与设定值若存在偏差，在积分作用下阀门会朝一个方向持续变化，造成当校验结束时， NOX 溶度出现较大偏差。

（3）3)NOX 调节前馈量难以确定，负荷、煤质的变化对NOX 的影响没有一定的规律，无法有效的使用前馈量调节，而烟气量目前难以准确测量，只能以风量替代。

（4）目前多数火电机组使用配煤掺烧，煤种、煤质变化大，当负荷变化较大需要启停磨时，煤质的变化更大，往往造成入口NOX 发生较大幅度的变化，给系统造成很大扰动，只能通过增大比例作用和积分作用来提高系统响应速度，而比例作用和积分作用过强又会造成系统的振荡，只能讲其调整到适当的强度。

（ 5）调阀流量特性的变化，一般调阀特性非线性，造成在某些开度范围流量变化大，某些开度范围流量变化小。而且一般机组是从氨站引一根总管至机组，然后分别至A、B 侧，当其中一侧开度陡变时不可避免的影响到了另一侧氨气的流量。

针对上述问题，有些机组引进了“模糊控制”、“提前预测”等先进控制策略替代原有PID 调节，但这些系统一般都封装在“黑匣子”中，电厂维护人员看不到逻辑，看不到控制策略，给维护带来难度，出现问题只能咨询厂家。与此同时，由于这些系统本身在使用过程中也会出现一些问题，经过一段时间的使用之后应该要重新修改模型，但是在重新修改模型的过程中存在价格昂贵等问题。因此可以使用传统PID 调节，在一定程度上可以实现对调节系统的优化：

（1）在PID 出口增加折线函数，修正流量曲线。

（2）适当使用入口NOX、风量等前馈量。

（3）当NOX 定期吹扫和校准时，放大积分时间减弱积分强度，避免阀门因校准前的偏差在积分作用下阀门持续朝一个方向动作。

（4）如下图，曲线为NOX 出口浓度变化趋势图，在t1 至t2 时间段，比例作用使阀门开大，但由于积分作用使阀门关小，综合比例和积分作用阀门并不马上开大，但此时NOX 增大速率较大，有超调的趋势，此时应放大比例作用，减小积分作用让阀门马上动作，减小积分作用对阀门开大的阻碍，当实际值已接近设定值后（即接近时间t2）恢复原有的比例作用和积分作用，因为由于调节对象的长时间滞后此时再开大阀门对NOX 的超调意义已经不大，反而会导致NOX 在后期t4 出现较低值，出现恶性循环。t3 至t4 时间段采用策略与其类似。