谭永茂 留 凌

（深圳妈湾电力有限公司，广东深圳518052）

0 引言

随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，深圳妈湾电厂先后进行了燃烧器低碳改造和脱硝装置加装，其中脱硝装置采用SCR法（SelectiveCatalytic Reduction，选择性催化还原法）。SCR法是将氨类等还原剂喷入烟气中，利用催化剂将烟气中的NOx转化为N2和H2O。

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

脱硝装置的烟道及反应器位于锅炉省煤器后空预器前，氨喷射格栅放置在SCR反应器上游的位置。烟气在锅炉出口处被平均分成两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有两个反应器，在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层，随后进入回转式空气预热器、静电除尘器、引风机和FGD，最后通过烟囱排入大气。

1 妈湾电厂尿素热解工艺组成和描述

妈湾电厂尿素热解工艺主要由尿素热解系统、尿素车间、稀释风、热解炉、计量模块（MDM）和脱硝反应器组成。

（1）尿素热解系统（DecompositionChamberSystem，简称DC系统）用于产生脱硝反应所需要的氨。尿素经过DC系统分解产生氨气，经过稀释空气稀释后再喷入SCR反应器，与烟气中的氮氧化物进行反应，实现脱硝反应。

（2）脱硝还原剂来自尿素车间自制备公用区配置好浓度的尿素溶液罐，尿素溶液经由HFD高流量循环模块、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入热解炉。

（3）稀释风采用锅炉的热一次风（7.13kPa（G），312℃），经过电加热器加热后达到热解所需温度进入热解炉，来完全分解要传送到氨喷射系统的尿素。

（4）雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为NH3、H2O和CO2，尿素热解后产生氨气，经由氨喷射系统AIG送入SCR系统烟气中。热解反应器生成的氨气分别送入锅炉脱硝反应区域，同时通过进入反应区域前的调节阀分配至反应区。

（5）脱硝反应器利用催化剂将烟气中的NOx转化为N2和H2O。

（6）MDM装置（尿素分配及热解炉）根据需氨量信号对喷氨管道上的阀门进行调节。计量与分配模块用于将从循环泵来的尿素溶液分配输送至热解室，这是SCR能否有效控制NOx的关键。SCR烟气脱硝喷氨的喷氨量自动控制应能实现既经济又环保的目标。

2 妈湾电厂SCR烟气脱硝喷氨原来的自动控制方式

妈湾电厂采用尿素溶解成50%浓度尿素溶液，其主要的计算公式如下：

2.1 反应器的烟气流量计算式

实际进入锅炉反应器的烟气流量（Nm3/h）=1144221×（锅炉负荷测量值）/300

式中，1144221Nm3/h为电厂锅炉100%BMCR标态、干基、6%O2工况下的烟气量。

2.2 NOx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）=NO（mg/m3）×N×（21-6）/（21-O2）式中，NOx（mg/Nm3）为标准状态、6%氧量、干烟气下的NOx浓度；NO（mg/m3）为实测干烟气中NO的质量含量；O2为实测干烟气中的氧含量（%）；N为由NO质量含量mg/m3到NOx质量含量mg/Nm3的转换系数。

2.3 脱硝效率

脱硝效率=[（反应器入口NOx浓度-反应器出口NOx浓度）/反应器入口NOx浓度]×100%

2.4 需氨量计算

反应器A/B喷氨系统的前馈控制回路，反应器入口NOx浓度（干态）减去出口烟气NOx含量的设定值，得到要脱掉的NOx含量，再乘上入锅炉反应器烟气流量，再乘上系数Kst，就得到需氨量。

50%尿素溶液量（kg/h）=入锅炉反应器烟气流量×反应器入口NOx换算浓度×脱硝效率×Kst×3.75×10-6式中，3.75为经计算的氨气与尿素的质量转换比；Kst为NOx和氨气的化学计量比。

2.5 脱硝喷氨原来的自动控制原理

SCR烟气脱硝喷氨原来的自动控制原理图如图1所示。

图1 SCR烟气脱硝喷氨原来的自动控制原理图

通过计算得出的需氨量除以已投入的枪数得到每支枪所需的流量，和实测的每支枪流量组成一个闭环，经PID计算得到每个尿素调阀的开度。从上文可以看出需氨量计算非常重要。机组运行过程中，进入锅炉反应器的烟气流量和负荷不是完全的线性关系，NOx的测量采用德国西门子红外气体分析仪，它每4h需要自动校验零点保证测量的精度，每次20min，在自动校验过程中，其输出值保持不变，而NOx的值是不断变化的，特别是机组变负荷时，NOx变化很大。为了避免NOx测量不准，需氨量计算时一般都偏大，造成出口烟气NOx含量和设定值存在不小的偏差。喷氨多会造成氨逃逸，喷氨少则会造成NOx超标，常常需要运行人员手动干预，改变出口设定值或切至手动控制。

3 妈湾电厂SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化

为了更好地解决需氨量计算的问题，应对原设计进行优化，设计一个控制回路，利用SCR出口NOx，通过PID搭建出反馈控制回路控制，修正原来计算的需氨量，得到精确的值，从而提高控制的可靠性。优化原理图如图2所示。

图2 脱硝喷氨自动控制优化原理图

SCR出口NOx测量值经过出口氧量修正得到SCR出口NOx的实际测量值，它减去SCR出口NOx设定值经过PID计算得到0～100%的指令，经过F1（X）转化为0.5～1.0的修正系数（原来的计算值比实际需求值大），对原来的经过计算得到的需氨量进行修正，得到实际的需氨量。

由于机组变负荷时，SCR入口NOx变化非常大，进入锅炉反应器烟气流量是经负荷折算得到的，它的值比较小，这时计算的需氨量更不能反映实际所需，SCR出口NOx比SCR入口NOx晚变化几分钟，这就容易造成SCR出口NOx的大幅度变化，特别是减负荷时，有可能造成烟囱NOx短暂超标。为了更好地解决SCR入口NOx波动大造成的扰动，设计了一个SCR入口NOx的前馈回路，当SCR入口NOx波动到一定值时，由F2（X）算出一个值和PID得到的值相加，作为最终的修正系数，乘以计算得到的需氨量，得到最终的实际需氨量。它除以已投入的枪数得到每支枪所需的流量，和实测的每支枪的流量比较后，经PID计算得到每个尿素调阀的开度，从而调节SCR出口NOx。

实际调试中发现两侧SCR入口NOx、SCR出口NOx有时偏差大，有时甚至不同步，另外SCR入口NOx、SCR出口NOx测量装置每天会自动校验零点，NOx的测量值会保持不变，当测量装置校验完成后，数值有可能变化很大（机组刚好变化负荷时），这种情况下，如果单独计算得到的各自修正系数，反而会造成调节的波动，不利于稳定。为了更好地解决波动问题，取两侧SCR入口NOx、SCR出口NOx的平均值作为测量值，参与整个回路计算。这样处理后，控制的效果明显好了许多。

另外，原来设计有效率控制模式，由脱硝效率的计算可知，反应器出口NOx浓度=[（100-脱硝效率）/100]×反应器入口NOx浓度，当反应器入口NOx浓度变化大时，很容易造成出口NOx浓度超标。如脱硝效率设定为85，入口NOx浓度为200mg/m3，反应器出口NOx浓度为30mg/m3，当入口NOx浓度为400mg/m3时，反应器出口NOx浓度为60mg/m3，这时NOx浓度超标（机组出口NOx浓度应小于50mg/m3），投入效率控制模式更不容易对机组出口NOx浓度的控制，实际中很少投运，建议取消。

从图3、图4可以看出，氨气流量经PID控制器的比例积分作用和SCR入口NOx的前馈作用修正后，SCR出口NOx自动控制的精度和稳定性大大提高。负荷稳定时，SCR出口NOx能控制在设定值±3mg/m3，机组出口NOx保证在30～35mg/m3之间。负荷变化、SCR入口NOx大幅度波动时，SCR出口NOx控制也能稳定在设定值附近，保证了机组出口NOx在30～40mg/m3之间。这说明了优化后既保证了烟囱NOx排达标放，还减少了喷氨量，节约了能源消耗，同时也减轻了运行操作人员的劳动强度。

图3 优化前控制效果

图4 优化后控制效果

4 结语

随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，采用SCR法脱硝的火力发电厂在确保烟气排放达标的同时，还要增强脱硝系统运行的可靠性、连续性和经济性。目前火电厂面临着环保和电价的压力，精确而经济地控制脱硝系统的喷氨量具有十分重要的意义。

［参考文献］

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[3]蔡小峰，李晓芸.SNCR-SCR烟气脱硝技术及其应用[J].电力环境保护，2008，24（3）：26-29.

[4]火电厂大气污染物排放标准：GB13223—2011[S].