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作者 |朱愉洁 韩元 李波
内蒙古电力科学研究院
内蒙古工业大学
大唐集团科学技术研究院
华北电力试验研究院
关键词：超低排放；氨逃逸；催化剂；自动控制；喷氨优化
0引言
（略）目前，一发电集团旗下13家燃煤电厂基本已完成超低排放改造，大部分机组SCR改造都采用了在原备用层增加一层催化剂的改造方式，此种方式具有在不改变现有反应器的基础上提高脱硝效率的优势。本文通过对上述机组的跟踪研究，总结了SCR改造后出现的几个威胁机组安全稳定运行的共性问题，并提出了解决建议.
1.1氨逃逸大
1.1.1喷氨过量
机组超低排放改造后，SCR系统入口条件可能已发生变化，特别是机组负荷变动较大时，喷氨格栅喷出的NH3与烟气中的NOx可能存在比例分布不均匀的问题，引起局部喷氨过量。另外，由于对出口NOx排放浓度的严格控制，在实际运行过程中部分电厂采用了过量喷氨的方式。上述2种情况在长期运行过程中都会造成氨逃逸增大，形成硫酸氢铵（以下简称“ABS”）。ABS在特定温度范围内呈液态黏稠状，黏附烟气中的飞灰后附着在设备上，造成SCR下游设备（比如空预器、除尘器等）的堵塞，严重时必须停炉清理，对机组的安全稳定运行造成极大的威胁。
1.1.2供氨阀门自动控制缺陷
SCR系统喷氨阀门的典型控制过程为：SCR系统采用串级PID加前馈的控制策略，用原烟气中NOx的体积分数乘以NO2和NO的摩尔比计算出NO2含量作为串级PID控制前馈；为了防止氨逃逸对控制造成影响，将SCR烟气脱硝系统出口烟气中NO2的含量（计算方法同前馈部分NO2的含量）作为主调PID的测量值，目标NOx体积分数作为设定值，前馈和主调PID共同叠加后生成NO2的体积分数，NO2体积分数乘以烟气流量得到NO2的流量信号，该信号乘以所需氨氮摩尔比就是基本氨气流量信号，此信号作为给定值送入副调PID控制器与实测的氨气流量信号比较，由PID控制器经运算后发出调节信号控制SCR入口氨气流量调节阀的开度以调节氨气流量。图1为供氨自动控制流程。
图1供氨自动控制流程简图
由于SCR系统存在明显的NOx反应器催化剂反馈滞后和NOx分析仪响应滞后的问题，系统采用实际机组负荷来预测烟气流量。
在实际运行过程中，当机组入口NOx波动较大或机组负荷低时，喷氨自动控制会出现调节不及时的情况，容易造成喷氨过量，长期运行会给后续设备带来安全隐患，因此大部分电厂运行人员都以手动调节代替阀门自动调节。
1.2催化剂堵塞
部分系统催化剂蒸汽吹灰器设计为单一气源，取自锅炉蒸汽吹灰母管减压阀后，在调试过程中经常出现点火后蒸汽压力未达到锅炉本体吹灰压力要求而脱硝系统无法吹灰的情况，吹灰器无法正常吹灰就会引起催化剂积灰，若初次点火到整套启动间隔较长（比如2个～3个月），积灰可能会在催化剂的表面和孔道中板结，再次启动吹灰器也无法有效去除，严重影响催化剂使用寿命和脱硝效率。
另外，在实际运行过程中还存在运行人员对催化剂差压重视度不足，仅启动超声波吹灰器而长期不启动蒸汽吹灰器的情况，无法及时有效去除催化剂中的积灰，这也是造成催化剂寿命缩短和脱硝效率降低的重要原因之一。
2.1喷氨优化调整试验
喷氨优化调整试验是在机组常规高负荷下进行的一项试验。通过测试及计算结果对SCR装置中的喷氨格栅手动喷氨阀门进行调整，试验可以在满足NOx浓度控制要求的前提下，减少还原剂用量，降低氨逃逸率，减轻ABS对下游设备的危害，提升系统运行安全性。
试验采用网格法进行测量，测点布置如图2所示，截面选取要有代表性。图中标注的SCR入口测点是在省煤器后、催化剂前，SCR出口测点是在催化剂后、空预器之前。
喷氨优化调整程序如图3所示。通过多次调节格栅上的支管手动喷氨阀门开度，调整各支管喷氨流量，使SCR反应器截面内NOx与氨比例分布更加均匀，直到SCR反应器出口截面的NOx分布均匀性得到明显改善，从而有效降低反应器出口NOx浓度分布的不均匀度。
图2喷氨优化调整试验测点布置示意图
图3喷氨优化调整程序图
2.2自动控制策略建议
a)因为主汽流量信号变化超前于实际机组负荷信号变化，所以可以采用主汽流量信号代替实际机组负荷信号来预测NOx的变化，减少控制响应时间；
b)根据氨流量采取变PID参数调节；
c)前馈部分加入NOx浓度变化的微分作用。
2.3吹灰器运行建议
a)建议采用双路气源（辅汽或启动炉气源）或在停炉期间设置临时气源吹灰（如压缩空气）的方式解决这一问题。同时要注意采用蒸汽作为气源吹灰时，要保证蒸汽的压力和温度及烟气的温度达到系统要求，杜绝催化剂受潮；
b)加强对运行人员的教育，明确定期启动蒸汽吹灰器的时间或差压报警值。在启动蒸汽吹灰器前要保证足够的疏水时间。原烟气净烟气氨注射栅格SCR氨流量测量氨蒸气氨流量调节阀稀释空气喷入氨测点1测点2SCR反应器省煤器旁路锅炉空气预热器烟气二次风测量反应器入口的NOx、O2、流速等参数及分布计算反应器出口NOx分布的不均匀度测量反应器出口的NOx、O2、氨逃逸等参数不均匀度小于等于某一数值根据反应器出口的NOx浓度，调整喷氨支管的手动阀门开度优化完成是否工程启动锅炉推荐使用燃油快装锅炉。
3.1机组启动初期耗汽用户分析
为较为准确地计算启动锅炉容量，需要对机组启动前和启动期间的蒸汽用户进行分析和计算，并考虑各用汽工况可能出现的叠加情况，进而得出机组启动期间必需的用汽量，并以此作为确定启动锅炉容量的基础。根据超超临界机组启动特点，机组启动过程可分为以下3种工况，即机组启动前锅炉冷态清洗工况、锅炉热态清洗工况和锅炉启动工况。必须考虑的蒸汽量有：
a)除氧器加热用汽。根据锅炉厂的冷热态清洗资料计算；
b)空预器启动吹灰用汽。根据锅炉厂以及空预器厂家资料确定；
c)磨煤机消防惰化用汽；
d)油罐区燃油加热用汽，包括油罐加热、燃油管道伴热和吹扫用汽；
e)锅炉点火时冷炉制粉暖风器用汽；
f)小汽机调试启动用汽。根据小汽机厂资料确定；
g)汽机轴封用汽。锅炉点火前此用汽需投入使用。锅炉热态冲洗完后进入升温升压阶段。汽轮机冲转前，除氧器随负荷加热的用汽量不会大于锅炉热态清洗阶段的用汽量。另外，此工况也需考虑汽机轴封用汽。
3.2启动锅炉容量计算及选取
启动锅炉容量计算及选取见表1。
表1启动锅炉容量计算及选取
工程推荐使用燃油快装启动锅炉，每台机组配置1台100%BMCR容量的汽动给水泵，前置泵与主泵同轴，设置启动电动给水泵，在引风机电动驱动的情况下，启动锅炉容量取决于锅炉冷态清洗工况的用汽量。根据“大火规”要求和最大用汽量统计，宜装设2×35t/h燃油启动锅炉。但鉴于机组启动时可以适当调整除氧器出口水温以及50t/h燃油锅炉的最大蒸发量通常能够达到55t/h等因素，该工程推荐配置1×50t/h燃油快装启动锅炉（1.27MPa（a），350℃），从而优化了启动锅炉台数和容量，降低了工程造价和能源消耗。
本文发表于《能源与节能》2018年12月
主作者简介：朱愉洁，女，天津人，毕业于天津工业大学环境工程专业，硕士，高级工程师。
