徐冠男

【摘要】本文针对广东河源电厂600MW火电机组SCR脱硝系统，通过对SCR烟气脱硝工作原理及工艺流程的分析，结合电厂实际生产情况，论述了SCR反应区的DCS控制策略。

【关键词】脱硝；SCR；DCS；控制策略

近年来，控制燃煤电厂的氮氧化物排放已经成为我国环保一个迫在眉睫的问题。选择性催化还原SCR烟气脱硝技术由于其技术成熟、脱硝率高、几乎无二次污染等优点，成为国内外应用最为广泛的烟气脱硝技术之一。

1.SCR脱销系统的工作原理

SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法）是采用氨气作为还原剂，在合适的温度条件及催化剂的作用下，有选择的把烟气中的NOx还原为无毒无污染的氮气和水。这种还原反应在低温下的反应速度很慢，为了加快其反应速度，在实际使用中可以使用催化剂，在300℃～400℃（约为锅炉省煤器出口至空预器入口处的烟温）可以取得最佳的反应效果，在此条件下脱硝效率可以达到95%以上。

2.SCR脱销系统的工艺流程

本工程脱硝系统分为氨区制氨系统和SCR反应区系统。

2.1氨区制氨系统

液氨由液氨槽车送来后，经气液分离器、卸料压缩机卸入液氨储罐。液氨在蒸发槽中经蒸汽加热后，制成氨气，经减压后进入到缓冲槽内，缓冲后氨气直接输送至反应区。

2.2 SCR反应区系统

氨气与空气进入氨/空气混合器内混合，经过供氨流量调节阀，通过反应区控制逻辑调节合适的供氨流量，在催化剂的作用下与NOx反应，使脱硝出口NOx达到环保要求。

3.脱硝系统反应区控制策略

SCR脱硝技术最终目标是保证出口NOx满足环保要求，增加催化剂的使用寿命、降低氨逃逸率、降低空气预热器上的沉积物和腐蚀。因此，采用合理的控制策略就成为提高SCR系统效率的关键，提高SCR系统反应效率主要满足四个条件：适当的供氨流量；合适的反应温度；较高的催化剂活性；恰当的反应烟气和催化剂接触时间，其中供氨流量是可控变量，供氨流量控制成为提高系统反应效率的关键。

目前，常见的供氨流量控制方式共分为两种：一种是固定NH3/NOx摩尔比来确定所需的氨气流量，一旦脱硝效率确定，则NH3/NOx摩尔比通过实验曲线即可得知，反应器入口NOx浓度和烟气流量的乘积得到NOx流量信号，此信号乘以所需NH3/NOx摩尔比就是所需供氨流量；另一种根据变NH3/NOx摩尔比的方式来控制供氨流量，即由反应器入口和出口烟气中NOx含量来确定所需的供氨流量。前者控制方式控制回路简单，易于调试和实现，但控制效果较差，会出现过度脱氮或氨逃逸，增加运行成本；后者控制方式增加了系统稳定性，使得系统运行更为经济，但控制逻辑较为复杂，增加了系统调试和整定的困难。

我厂从环保要求及成本控制的角度考虑，采用变NH3/NOx摩尔比的方式来控制供氨流量。控制思路是当SCR系统投入自动方式时，根据SCR反应系统进出口烟气的NOx浓度、O2含量、烟气流量等相关烟气参数以及脱硝率、摩尔比计算出所需的供氨量，调节供氨调节阀以调节供氨量。

根据反应器出口NOx浓度和反应器出口NOx浓度设定值的偏差经PI调节器计算，得到NH3/NOx摩尔比并进行修正。SCR反应器入口烟气流量经入口烟气压力和温度修正计算后，得到入口烟气流量修正值。实际操作中也可根据工作状况选用入口烟气流量理论值替代入口烟气流量修正值。入口烟气流量理论值就是根据锅炉负荷做的函数对应值，具体函数要在调试中根据总风量和锅炉负荷曲线来确定。根据脱硝入口烟气流量修正值或理论值，入口NOx浓度和出口NOx浓度设定值计算得到NH3耗量的理论计算值，再用NH3/NOx摩尔比修正值、机组负荷修正NH3耗量值，然后根据供氨流量，经PI计算得到供氨调门开度，依据计算得到的开度来对供氨流量进行调节，以达到设定的脱硝效率或设定的脱硝出口NOX浓度，完成闭环控制。PID控制中相关的计算公式如下：

（1）反应器入口与出口NOx折算后浓度计算方法：

烟气中NOx的浓度（干基、标态、6%O2）计算方法为：

NOx（mg/Nm3）：标准状态、干基、6%氧量、干烟气下NOx浓度，mg/Nm3；NO2（mg/Nm3）：实测干烟气中NO2浓度，mg/Nm3；根据经验，在烟气所含NOx中，NO约占95%，NO2约占5%，在烟气连续监测CEMS系统中，通过NO2转换器已将烟气中NO全部转换为NO2，故CEMS系统可直接提供NO2浓度）；O2：实测干烟气中氧含量，%。

（2）脱硝效率

脱硝效率计算方法：

式中：

C1：脱硝系统运行时脱硝反应器入口处烟气中NOx含量（mg/Nm3）；C2：脱硝系统运行时脱硝反应器出口处烟气中NOx含量（mg/Nm3）。

（3）氨逃逸浓度。氨逃逸浓度是指在脱硝反应器出口的气态氨浓度（标态，干基、6%O2）。

（4）氨耗量计算方法。q mNH3=17/46*（入口NOx-出口NOx）*qvg*（21-α）/（21-6）/1000000；q mNH3——NH3的流量，kg/h；qvg———烟气流量（标态，干基，实际氧）Nm3/h；α————实际O2量；17/46——NH3和NO2的分质量之比。

4.结束语

本文阐述了SCR脱硝的工作原理，并针对广东河源电厂600MW火电机组脱硝改造项目，详述了SCR脱硝改造的工艺流程及反应区控制策略。合适的控制策略可以有效地降低烟气中氮氧化物的排放量，减少大气污染，达到国家环保要求，并节约原料，降低生产成本。因此，如何进一步优化控制策略，提高脱硝效率，将是我们日后的重要研究方向。

参考文献

[1]咸士龙.660MW机组SCR法烟气脱硝控制策略分析.工艺与技术，2013.

[2]姚志宏，刘岗.SCR烟气脱硝系统运行控制策略.热电技术，2013.

[3]蒋颖俊.600MW超临界机组SCR脱硝优化系统控制.节能科技，2014.