一种用于预防空预器堵塞的精准喷氨控制技术

康臻亮

山西大唐国际临汾热电有限责任公司，山西省临汾市尧都区汾河办事处 041000

摘要：本技术通过在精准喷氨控制回路中增加总量控制和分区控制来实现对发电厂脱硝区域氨气进行精准控制，降低氨逃逸量，减少硫酸氢铵（NH4HSO4）等副产物的生成，避免这些副产物在温度为 146-207 ℃范围内，呈熔融状并粘附在空预器换热元件表面，使换热元件发生腐蚀和积灰，最终易引发严重堵灰的隐患，对于预防空预器的堵塞问题可以起到显著的效果。

关键词： 精准控制 堵塞

一、项目背景

现有技术中火电厂中随着环保形势的逐渐严峻，环保压力日益增大，为了有效控制脱硝NOx数据，在NOx接近超标线或已经瞬时超标时，运行人员一般采取氨气量过喷的方式来压制NOx数据，长时间采用这种方式控制环保参数，会增加氨逃逸量，导致硫酸氢铵（NH4HSO4）等副产物的大量生成，这些副产物在温度为 146-207 ℃范围内，呈熔融状，会牢固粘附在空预器换热元件表面，使换热元件发生腐蚀和积灰，由于积灰在低温段中上部，常规蒸汽难以有效清除，最终易引发严重堵灰，给机组的安全运行造成极大隐患。本技术通过对脱硝喷氨采用精准控制优化改造，以预防和解决机组运行中遇到的空预器堵塞问题，源头治理，减少氨逃逸，提高设备可靠性。

二、主要创新点与内涵

该项技术在发电厂原有SCR 脱硝工艺原理基础上，增加了脱硝系统精准喷氨控制装置，由脱硝均匀性全断面采样装置、烟气监测装置、数据采集及处理系统、喷氨自动控制系统（新增总量控制和分区控制）等四部分组成，如图一。通过SCR出口全断面烟气的均匀性取样及对烟气氮氧化物、氧量的自动连续监测，经逻辑控制计算，通过喷氨调门的精准调节，实现脱硝系统喷氨量的自动控制，减少氨逃逸量和硫酸氢铵（NH4HSO4）的生成，防止空预器堵塞，确保机组安全稳定运行。

图一

1、分区控制（图二）

1）分区控制由北京新叶公司提供，它包含服务器1台、CEMS分析仪1台、电动门调门12台、CEMS取样探头12个等。

2）单侧烟道喷氨格栅处共有18个供氨手动调门，被划分为6个网格区域，每个区域包含3个手动调门，3个手动门后由1台电动调门控制喷氨量，A、B两侧共设置12台电动调门，由分区控制服务器进行计算得出所需喷氨调门的开度指令。

3）单侧烟道被划分为6个网格区域，每个网格区域设一个取样探头，A、B两侧一共12个网格区域抽取的烟气经预处理和轮测切换装置，送入测量仪表。

4）CEMS分析仪采用modbus485通讯协议，具备数据同一性、吹扫、保持、校准、防堵防尘防磨防结晶功能。

5）各分区NOX测量为同一时刻数据，单个测点的取样及测量时间为17秒，单侧巡测一圈时间为102秒。

6）分区12个取样管路具备防堵、防磨、防腐蚀、防结晶等功能，结合保温、伴热、滤网、防磨瓦、自动吹扫、脱硝区域磨损量大、粉尘量大等特点，对探头进行了功能优化，每个探头带2级过滤器，带负压表查堵，带反吹系统，稀释前部分全部加装保温棉、电伴热、保温铁皮，取样管采用耐磨的钨钴合金材质。

7）分区控制采用均衡控制算法，通过喷氨调门的优化控制，真正实现NOx与氨气的等摩尔比喷射，理论上可实现为达到国家环保排放标准，杜绝“氨”过喷现象，确保氨逃逸维持在较低水平。大大降低了空预器堵塞的可能性，提高空预器效率。

图二

2、总量控制（图三）

1）总量控制采用采用东南大学的喷氨总量控制系统，采用modbus485通讯协议与电厂DCS系统进行数据交换。

2）总量控制含有1台服务器，软件本身为一个数据模型，具有学习功能，从电厂DCS系统采集88个点建立数据模型，进行分析计算，然后对脱硝喷氨调门进行调整。

3）总量控制和原脱硝控制控制逻辑通过上位机切换来实现投运，每种控制方式上位机都能实现手动、自动切换。

4）控制策略应具备自适应功能，能够根据不同的工况、运行条件进行自适应调整。

图三

3、数据处理系统

1）具有完善的各分区NOX测量自动巡检功能(满足各分区NOX测量为同一时刻数据、吹扫及各分区测量实现无扰切换等要求)；

2）设置自诊断及报警功能（满足测点异常实时报警、系统状态异常等报警功能）；各分区NOX测量数据实时显示及历史存储查询等功能（与就地控制站主机、厂内DCS系统，实时及历史数据可通过报表、棒图、趋势图等形式查看）；

3）在集控室机组DCS系统各操作员站可实现系统系统监控功能（各分区脱硝出口NOX测量数据、各分区喷氨入口调节阀的指令反馈等相关信号接入DCS系统，可实现DCS系统和就地操作员站的无扰切换）；

4、技术指标

本项技术利用了总量控制中大数据模型智能学习功能和分区控制中划区控制技术，实现对脱硝SCR区的NOx的精准控制，可以对脱硝NOx实行压线运行，而且在技术实施后可以达到以下标准：

1)脱硝A/B侧氨逃逸数值不超过3PPm；

2)脱硝A/B侧分区NOX测量在不同工况下不均衡度（各测量值与平均值的方根和）均小于20%；

3)脱硝出口NOX自动控制稳定，波动范围在设定值±5mg/Nm3内；

4)实际喷氨量（尿素用量）与理论喷氨量（尿素用量）数值吻合，偏差不超过±10%；

5)各分区NOX测量准确、具备代表性，各NOX测量为同一时刻数据，每个测点的取样及测量时间为17秒，单侧巡测一圈时间为2分钟。各分区入口喷氨调节阀与出口NOX测量数值的对应关系良好，如果有耦合情况，可设置解耦控制。

6）改造完成后脱硝A/B侧出口CMES与脱硫总排口CEMS对应关系良好，符合系统对应关系。

7）就地操作员站及DCS系统操作员站之间能够实现无扰切换。

三、实施应用情况、经济效益和社会效益

1、项目技术实施应用情况：

现有技术在火电厂对于预防空预器堵塞具有显著效果，分区控制采用均衡控制算法，通过喷氨格栅处调门的优化控制，真正实现NOx与氨气的等摩尔比喷射，理论上可实现为达到国家环保排放标准，杜绝“氨”过喷现象，确保氨逃逸维持在较低水平；同时总量控制结合机组运行工况下重要参数的变化来分析预判NOx的变化趋势，及时对喷氨调门进行调整，降低NOx数据超标的风险。通过脱硝系统喷氨精准控制，既可以控制NOx数据压线运行，同时又能大大降低空预器堵塞的可能性，提高空预器效率。

2、经济效益的有关说明及各栏目的计算依据：

对于300MW机组的用氨量为350kg/h，按年均利用小时数4000小时计算，每年的用氨量1400吨。每吨2000元。按减少用氨量技术指标5%计算，则每年可节省约1400*2000*5%=14万元。

空预器的高压水吹扫成本大约为5万元/次，一年需要冲洗4次。本项目实施后，氨逃逸预期从4.5ppm降至3ppm，空预器的吹扫周期大约从3月提高到12月。相当于减少费用：5*（12/3-12/11）=15万元/年。

实现喷氨格栅均衡控制后，预计可降低出口NOx的不均匀度10%。例如出口NOx相对偏差从50%降至40%，则催化剂寿命能相对提高约12%。按300MW机组三层催化剂费用合计大约1200万元（包含拆装人工费）、催化剂寿命6年计算。则每年因为催化剂使用寿命延长而节省催化剂费用为：1200*12%/6=24万元

综上分析可知，本项目实施后，预期经济效益为：(14+15+24=)53万元/年。

3、社会效益与间接经济效益：

脱硝实施喷氨精准控制后，能够延长空预器催化剂使用寿命，减少氨气使用量，减少空预器冲洗次数，间接地实现节能，降低社会资源的消耗量，为社会节能减排做出贡献。

四、总结

一种用于预防空预器堵塞的精准喷氨控制技术，包括精准喷氨控制回路，所述的精准喷氨控制回路包括DCS系统、操作员站、喷氨调节系统、总量控制系统服务器、分区控制系统服务器、分区控制就地电动调门、分区测量PLC、分区环保数据采集系统、分区测量CEMS分析仪。通过对脱硝喷氨采用精准控制优化改造，以预防和解决机组运行中遇到的空预器堵塞问题，源头治理，减少氨逃逸。

参 考 文 献

[1] 国家环境保护总局，固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法

[2] 国家环境保护总局，固定污染源烟气连续监测技术规范

[3] 国家能源局，火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程