摘要：氮氧化合物NOx是重要的大氣污染物，不僅對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)有一定的損傷，還會引起光化學(xué)煙霧、酸雨、臭氧層破壞等，嚴(yán)重影響人類身體健康及生存環(huán)境。氮氧化合物NOx主要來自于汽車尾氣、火力發(fā)電、工業(yè)窯爐等尾氣。本文首先闡述了SCR煙氣脫硝工藝，接著分析了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行方式，最后對優(yōu)化煙氣SCR控制策略分析進(jìn)行了探討。

引言

現(xiàn)階段，我國較多的燃煤火力發(fā)電企業(yè)在建設(shè)鍋爐脫硝裝置以及改造過程中，已經(jīng)將脫硝噴氨自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在的自動調(diào)節(jié)以及整定等方面的問題確定下來。換言之，脫硝的出口、入口煙氣流量以及濃度波動幅度普遍較大，存在不規(guī)律的情況，這導(dǎo)致火力發(fā)電企業(yè)在供電期間，往往會產(chǎn)生大量污染氣體，不僅嚴(yán)重污染外界環(huán)境，也與我國的環(huán)保要求相背離。當(dāng)前，我國已經(jīng)提升了NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)，使得火力發(fā)電企業(yè)不得不大力提升脫銷效率。

1 SCR煙氣脫硝工藝

選擇性催化還原技術(shù)SCR作為一種技術(shù)成熟、效果較好的工藝，在煙氣脫硝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。SCR技術(shù)是指：在280~450℃的反應(yīng)溫度下，以尿素或NH3為還原劑，在特定催化劑的催化作用下將煙氣中的NOx選擇性轉(zhuǎn)化為N2和H2O。SCR技術(shù)的脫硝率可達(dá)90%以上，同時SCR技術(shù)還具有反應(yīng)溫度低、運(yùn)行平穩(wěn)、二次污染少的優(yōu)點(diǎn)。

2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行方式

該系統(tǒng)其實(shí)由兩部分組成：脫硝CEMS系統(tǒng)和還原劑儲存、輸送系統(tǒng)。脫硝CEMS系統(tǒng)可自動檢測NOx的含量或濃度，并將該信號輸送到DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)通過得到的脫硝入口和出口NOx的含量、脫硝煙氣流量將迅速計(jì)算出所需還原劑的量并通過調(diào)整噴氨調(diào)節(jié)閥的開度控制輸送量。其運(yùn)行操作也是由較為常規(guī)的啟動和停止兩部分組成的。

2.1 系統(tǒng)的啟動

通常情況下SCR系統(tǒng)與鍋爐是同時工作的，反應(yīng)所用的催化劑要先一步進(jìn)行加熱。煙氣的升溫速度最好不要超過4℃/min，反應(yīng)器出入口溫差不能高于10℃。待煙氣溫度高于290℃后，噴氨系統(tǒng)開始工作，依據(jù)脫硝CEMS傳輸?shù)腘Ox含量信號，向反應(yīng)器中輸送適量的還原劑，系統(tǒng)開始正常運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)的停止

2.2.1 正常停止

鍋爐開始進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)時，機(jī)組開始滑壓運(yùn)行，為了保證脫硝排放不超標(biāo)，必須嚴(yán)格監(jiān)視脫硝入口煙氣溫度，當(dāng)溫度將要低于290℃時，立即手動打閘鍋爐MFT，防止污染物排放超標(biāo)。另外，還原劑停止輸送后，催化劑要進(jìn)行除塵操作，然后用引風(fēng)機(jī)對整個SCR系統(tǒng)進(jìn)行清理。

2.2.2 特殊情況停止

首先，跳閘停止。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)鍋爐跳閘現(xiàn)象，還原劑輸送處會自動停止工作，隨鍋爐一起吹掃完畢。鍋爐重新點(diǎn)火升溫，脫硝入口煙氣溫度高于290℃后，投運(yùn)SCR系統(tǒng)，整個系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。其次，高、低溫停止。脫硝催化劑長期工作在高于420℃或290℃以下時，會造成催化劑中毒，喪失活性，所以當(dāng)反應(yīng)區(qū)煙氣溫度高于420℃或低于290℃之前，要馬上停止還原劑的輸送，調(diào)整鍋爐燃燒，提升鍋爐脫硝入口煙氣溫度，達(dá)到規(guī)定值以上，再重新啟動。

3 優(yōu)化煙氣SCR控制策略分析

3.1 優(yōu)化還原劑消耗

通常，SCR脫硝系統(tǒng)中的還原劑主要有三種，即氨水、無水氨和尿素。其中，氨的毒性較強(qiáng)，在一定濃度單位之內(nèi)還擁有可燃性以及燃爆性。為此，氨往往被認(rèn)為是一種危險物。這些危險性質(zhì)的存在，致使火電廠SCR系統(tǒng)運(yùn)行期間，需對氨采取一種特殊的保護(hù)措施。例如，不斷優(yōu)化還原劑，嚴(yán)格控制還原劑的整體消耗量，以達(dá)到氨保護(hù)的效果當(dāng)SCR脫硝系統(tǒng)啟動并正常投運(yùn)后，為了達(dá)到預(yù)期脫硝效果以及其他脫硝技術(shù)指標(biāo)，人們要做好系統(tǒng)控制和參數(shù)優(yōu)化等工作。首先，需要定值優(yōu)化。在投入運(yùn)行后，需按照SCR脫硝系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，對控制系統(tǒng)設(shè)定值、報警限值與吹灰控制時序等的控制參數(shù)進(jìn)行核定與優(yōu)化。其次，對PID控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在噴氨量控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器積分最為合適的時間段為300～400s；副調(diào)節(jié)器積分時間則在200s左右最為合適。對于氨區(qū)蒸發(fā)器等設(shè)備所控制的PID參數(shù)，往往需要在現(xiàn)場進(jìn)行整定和優(yōu)化。另外，SCR出口NOx控制對機(jī)組負(fù)荷跟蹤性能展開優(yōu)化。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)較大變化時，此時SCR出口NOx的濃度便會出現(xiàn)較大波動，其主要原因在于沒有全面考慮煙氣流量變化給噴氨帶來的影響，此外還有回路參數(shù)設(shè)計(jì)不合理等原因。因此，人們要對控制系統(tǒng)跟蹤參數(shù)展開有效優(yōu)化，使得主調(diào)節(jié)器處于輸出最小化狀態(tài)。一般而言，主調(diào)節(jié)器輸出最小化表現(xiàn)在SCR出口NOx濃度不需要通過PID運(yùn)算跟蹤機(jī)組負(fù)荷，這表明前饋回路所計(jì)算出來的噴氨量已經(jīng)最大限度地滿足相關(guān)控制要求，可見，主調(diào)節(jié)器的輸出最小化便是最為簡單有效的優(yōu)化方案。

3.2 優(yōu)化吹灰系統(tǒng)

火電機(jī)組在運(yùn)行期間，不同位置受熱面積不同，致使其積灰與結(jié)渣傾向以及速度等存在較大的偏差，因此不同位置受熱所需要避免的灰沉積對象也存在極大的不同點(diǎn)。定期的吹灰方式是指將不同位置的受熱面不做區(qū)別就展開吹掃工作。該種方法能夠在某種程度上達(dá)到吹灰方面的需求，卻缺少合理性和經(jīng)濟(jì)性，所以不同位置的受熱面必須應(yīng)用不同的判斷方式將吹灰時間確定下來，對吹灰系統(tǒng)展開優(yōu)化，將該系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來。一般而言，鍋爐總煙氣流量的測量主要應(yīng)用直接測量與間接計(jì)算兩種方式。其中，煙氣流量直接測量方式有兩種，一種為利用皮托管配差壓扁送氣的常規(guī)風(fēng)量測量方式，該種方式在應(yīng)用期間需要詳細(xì)分析煙氣固體顆粒對所檢測的元件防磨防堵要求，考慮測點(diǎn)是否合理，是否能夠代表整個流場進(jìn)行分布。另一種則通過熱敏原理的測量元件進(jìn)行測量。雖然熱敏測量元件可以有效解決高溫、防磨以及防堵問題，但是該種方式的測量結(jié)果比較滯后，探頭易污等，這給測量結(jié)果帶來一定負(fù)面影響。因此，使用該方法時需慎重考慮其利弊。通過計(jì)算的方式，將煙氣流量計(jì)算出來，之后乘以入口NOx濃度和設(shè)定值之差，再乘以氨氮摩爾比，所得結(jié)果便是氨氣流量。其中，摩爾比主要按照系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的脫硝效率計(jì)算得出。在SCR脫硝系統(tǒng)中，最為普遍的問題便是氨逃逸，該問題無法在短時間內(nèi)得到解決，卻存在可控性，能夠控制在合理范圍內(nèi)。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均勻。要解決該問題，便需要在投運(yùn)前，優(yōu)化噴氨格柵，調(diào)整每一個噴氨平衡閥，使得SCR反應(yīng)器進(jìn)口噴氨平衡閥能夠均衡調(diào)整，最終使得SCR反應(yīng)器進(jìn)口氨氮處于均勻狀態(tài)，以達(dá)到提升SCR出口NOx濃度分布均衡的目的。

結(jié)束語：

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)已經(jīng)大量的應(yīng)用到火電廠中，在降低NOx污染氣體排放量的環(huán)保工作中取得了較好的效果。該系統(tǒng)運(yùn)行方式較為簡單，但不管是正常情況下的啟動停止還是跳閘或高、低溫造成的臨時停止，其操作都要按照預(yù)定的步驟進(jìn)行，選用合適的應(yīng)對措施。SCR系統(tǒng)的運(yùn)行要著重注意對溫度的監(jiān)控，溫度不得當(dāng)將會降低催化劑活性，影響反應(yīng)效率。另外，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，清掃工作也不容忽視。