火力发电厂脱硝自动控制系统的优化与改进探讨

刘峰 贵州兴义电力发展有限公司

1 引言

图1 SCR脱销系统装置的基本流程图

火力发电厂的生产运营过程中会产生大量的氮氧化物，如果对这些氮氧化物不能进行合理地处理，很容易会给大气环境造成污染，比如：酸雨、酸雾等等，还会对大气的臭氧层造成破坏。目前，在火力发电厂中，用于处理氮氧化物的方式是脱硝自动控制系统，比如：SCR脱硝系统，在其处理过程中，会因机组负荷的变化产生各种系统变化，技术人员如果不对系统及时采取处理措施，就会造成脱销后排放的氮氧化物不达标的后果，这会使运行成本有所增加。因此，如何对火力发电厂脱硝自动控制系统进行优化和改进，减少甚至避免对环境的污染是非常值得研究的问题。

2 SCR尿素脱硝工艺的流程和特点

SCR尿素脱硝工艺主要有水解法和热解法，其中，水解法的原理是把分解尿素水溶液，热解法的原理是将尿素溶液加热雾化后将固态或熔化态的纯尿素加热分解。两种方法中热解法不会产生聚合物，更加理想，应用也更加广泛。

尿素热解法脱硝工艺的吸收剂是尿素，其工艺流程如下：把尿素送到溶解罐内，将固体尿素溶解于除盐水中制成尿素溶液（质量分数为50%），将其在混合泵作用下送至尿素溶液储罐，再经给料泵、计量装置、分配装置以及雾化喷嘴等被送至绝热分解室中，混合于加热的稀释空气，雾化的尿素液滴会在绝热分解室中被分解为氨气和二氧化碳，之后，再经过氨喷射系统将氨气混合于烟气中，氨气与烟气中的氮氧化物发生反应从而降低其中的氮氧化合物含量，最终达到烟气脱硝的目标。

利用尿素热解法制氨的脱硝工艺有很多优点，比如：操作简单，所需人力较少，能够及时跟踪机组的负荷变化情况，响应快，在生产过程中不会产生中间聚合物，不存在高压容器，也没有氨泄露的可能，安全隐患较少，实用性较强。

3 对脱硝自动控制系统进行优化与改进的重要性

大多数火力发电厂对脱硝系统的优化是从设备、物理原理等角度下手，而忽略了对脱硝自动控制系统的优化及改进，实际上，脱硝自动控制系统与火力发电厂的运行成本有着直接联系，研究表明，在火力发电厂的脱硝过程，尿素使用所占的成本至少占据了脱硝工作总成本的一般，而且脱硝自动控制系统如果不能正常运行，火力发电厂的氮氧化物排放就很可能会不达标，为了让氮氧化物排放符合标准，火力发电厂必须降低氮氧化物的平均浓度，那么就必须增加尿素的喷射量，这样火力发电厂的运行成本就会相应增加。所以，火力发电厂脱硝自动控制系统的优化和改进能够有效实现经济效益的最大化，这是火力发电厂能够正常、安全生产的根本保障。

4 火力发电厂脱硝自动控制系统中存在的问题

4.1 影响脱硝自动控制系统的因素

从SCR脱硝系统的设备特点与运行特性来看，对脱硝自动控制有影响的因素主要有：（1）测量仪表：烟囱入口、SCR入口、SCR出口的氮氧化物分析仪以及SCR出口的氨气分析仪或者其他测量系统可能会出现故障；（2）锅炉系统：机械设备可能会出现故障，还可能出现燃煤质量差、催化剂老化、燃烧情况不理想等情况；（3）人员问题：技术人员可能会出现不熟悉工艺、监管不负责、故障处理不及时等问题。

4.2 影响脱硝控制方式的问题

对于SCR脱硝的控制方式主要有以下两种：

（1）固定摩尔比。其原理为：把综合氨氮的摩尔比或者脱硝效率设成定值，根据SCR入口的氮氧化物浓度、烟气流量以及氨氮的摩尔比等量求出所需的氨气的量，然后用调节阀来控制氨气实际的流量；

（2）固定SCR出口的氮氧化物浓度。其原理为：基于固定摩尔比的方式，把SCR出口的氮氧化物浓度设成定值，根据烟囱入口处氮氧化物浓度的偏差来修正氮氧的摩尔比，从而实现对SCR出口处氮氧化物的浓度的控制。

在这两种控制方式的实际运作中，均会产生以下问题：（1）未把烟囱入口处氮氧化物当作控制量，使得氮氧化物偏离了考核标准；（2）设计的控制方法较为简单，控制效果不明显；（3）在控制系统中只考虑到了烟气量、机组负荷等变化，并没有考虑到机组负荷的指令变化或者煤种变化等。

5 针对脱硝自动控制系统的优化与改进方法

5.1 对脱硝自动控制系统进行优化

在对SCR脱硝自动控制系统的考核要求、运行环境以及特性数学模拟等进行分析之后，基于自适应控制、模糊控制以及预测控制等方法提出优化方案，并采用PLC控制进行实施。进行优化后系统具有一下优势：（1）能够通过机组指令的变化规律，对氮氧化物浓度的波动情况进行实时预测，此外，可以通过调整控制算法来降低氨气的消耗量；（2）可以把烟囱入口处的氮氧化物浓度值处设置为调节目标，使其符合环境标准要求，在机组运行时调整较为方便。

5.2 对现场设备的故障对进行处理与改进

（1）在SCR入口处与出口处有氮氧化物分析仪，其前端的取样胶管很容易额很容易破裂或者损坏，从而导致胶管漏气、测量数据错误等一系列情况。改进措施：对探头前端的预处理部件进行优化，取消不必要的部件。

（2）在氮氧在化物原本的测量系统的吹扫过程中，可能会发生测量数据突变的情况。改进措施：对系统程序进行修改，令测量系统保持吹扫数据，避免产生不良影响。

（3）对氮氧化物的测量系统进行改进，在氮氧化物分析仪附近安装样气精滤附近及二级除湿等装置，消除甚至降低水、氧气灰等对分析仪的不良影响。

5.3 确保脱硝自动控制系统正常运行的措施

一方面，火力发电厂应当重视检修人员的技术水平与业务能力，保证检修人员能够在应对各种设备故障，并对设备定期检修；另一方面，火力发电厂应当重视对维修人员环保理念的强调，重视环保宣传，带领维修人员了解各项考核指标，从而确保火力发电厂的氮氧化物排放量合乎标准；此外，应当在其他工作已经到位的基础上，加强对尿素区域的检查，尤其是尿素溶解罐中的尿素浓度，还要确保尿素相关仪表工作正常。

6 优化与改进取得的成效

（1）改进前，脱销为手动控制，对氮氧化物浓度的控制不精准，改进后，氮氧化物的浓度能够被有效控制在允许范围内；

（2）改进后，在脱硝入口处的氮氧化物浓度因机组的燃煤品质变化而下降时，脱销自动控制系统能够通过立即关闭氨气阀的方式来降低氨气用量，实践统计发现，优化改进后的系统氨气用量降低了20%左右。

（3）对脱硝自动控制系统进行优化与改进后，氮氧化物的排放浓度从250mg/Nm从以上降低到了90mg/Nm，脱硝效率从45%提高到了75%。在

结束语：综上所述，对火力发电厂脱硝自动控制系统的优化与改进是一项关系到社会效益、经济效益以及绿色社会建设的大工程，只有从实际出发，对存在的问题进行认真分析、有针对性的优化、改进，才能使得火力发电厂的氮氧化物排放量有效减少，从而为我国的绿色工程作出努力，为大气污染的治理出一份力。