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作者：沈奕斌    

氮氧化物NO。是造成大氣污染的主要污染源之一，通常所說的NO。有多種不同形式，如N20、NO、N02．N203和N2 0s等。除NO，外，其他NOx均極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成NO和N02，NO又變?yōu)镹0：。因此，脫硝工藝中所指的NOx -般指NO和NO：。中國(guó)NO。的排放量中，70%來自于煤炭的直接燃燒，而電力工業(yè)又是燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NO。排放的主要來源之一。近年來，隨著NO。減排指標(biāo)要求的不斷提高，控制燃煤電廠鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的NO。成為NO。排放控制的關(guān)鍵‘糾。選擇性催化還原反應(yīng)煙氣脫硝工藝（下文簡(jiǎn)稱SCR）是目前世界上應(yīng)用最多、最為成熟的一種煙氣脫硝技

術(shù)，SCR與其他技術(shù)相比，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，脫硝效率可以達(dá)到90%以上，NO。排放濃度可降至100 mg/m3左右。

    國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵公司自備電廠1、2號(hào)機(jī)組建成于20世紀(jì)80年代初期，鍋爐采用煤、煤氣（高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣）等多種燃料混燒，設(shè)計(jì)最大能力為混燒30%以上的高爐煤氣。為滿足環(huán)保要求，于2013年和2014年采用SCR技術(shù)分別對(duì)1、2號(hào)鍋爐系統(tǒng)增設(shè)脫硝裝置。

1  工藝流程

    本工程脫硝系統(tǒng)由液氨泵站、氨蒸發(fā)區(qū)以及每臺(tái)機(jī)組的SCR反應(yīng)區(qū)組成。

1.1液氨泵站從3個(gè)液氨罐出口接三通管引出液氨至母管后輸送到兩臺(tái)液氨泵前。泵出口設(shè)有逆止門、脈動(dòng)阻尼器、安全閥和背壓閥，該背壓閥設(shè)定需確保高于罐壓一定壓力才能打開，并確保液氨在長(zhǎng)輸管中以液相輸送。

    系統(tǒng)設(shè)有液氨泵旁路回路，如果兩臺(tái)泵全部故障，并且罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)可以臨時(shí)使用。常規(guī)方式時(shí)用盲板堵住。

    所有泵與旁路的液氨管道出口設(shè)有一個(gè)氣動(dòng)截止門，在緊急情況下可以快速關(guān)斷液氨在管道內(nèi)的輸送=泵出口與總管均設(shè)有安全閥，超壓時(shí)安全閥動(dòng)作，液氨進(jìn)入氨洗滌器。

1.2氨蒸發(fā)區(qū)

    液氨泵中的液氨（約1.5 -2 MPa）經(jīng)過第2個(gè)背壓閥到達(dá)氨蒸發(fā)區(qū)。氨蒸發(fā)區(qū)配置兩個(gè)液氨蒸發(fā)器和兩個(gè)氨氣緩沖罐。液氨用水浴法低壓蒸汽加熱（液氨在盤管內(nèi)，熱水在盤管外部）后進(jìn)入氨氣緩沖罐（罐內(nèi)壓力穩(wěn)定至0. 25 MPa左右），再?gòu)木彌_罐通過氨氣長(zhǎng)輸管送至兩臺(tái)鍋爐。氨蒸發(fā)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)配有專用廢水池、水箱、洗眼器、消防、噴淋、電子室、儀表與控制等裝置。

13  SCR反應(yīng)區(qū)

    每個(gè)鍋爐設(shè)置3臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)，其中1臺(tái)備用。風(fēng)機(jī)為離心風(fēng)機(jī)，按煙氣最大量時(shí)稀釋氨氣所需風(fēng)量考慮，設(shè)計(jì)裕度為10%。稀釋風(fēng)機(jī)不設(shè)置流量控制，在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置流量檢測(cè)裝置，以檢測(cè)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)；同時(shí)，在出口設(shè)置氣動(dòng)蝶閥，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟停。

    來自氨站區(qū)的氨氣與來自稀釋風(fēng)機(jī)的空氣在氨／空氣混合器充分混合，稀釋成5%濃度的混合氣體，進(jìn)入氨注人格柵，通過氨噴射系統(tǒng)（在此設(shè)置多個(gè)手動(dòng)閥調(diào)節(jié)各支管氨的流量）使混合氣體均勻進(jìn)入SCR反應(yīng)器，并與煙氣充分混合，在SCR反應(yīng)器內(nèi)通過安裝在其中的催化劑的催化作用，使氨與煙氣中的NO、在此迅速發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退�。在氨一空氣混合器前設(shè)置氨氣調(diào)節(jié)閥，根據(jù)煙氣流量、NO。含量調(diào)節(jié)氨氣的噴人量。SCR內(nèi)設(shè)置聲波吹灰器，吹掃介質(zhì)為壓縮空氣，進(jìn)口壓力0.6 -0.8 MPa。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    液氨泵區(qū)與氨蒸發(fā)站區(qū)各設(shè)置一套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，兩者選用同一品牌的PLC，通過光纖連成一體，完成整體調(diào)節(jié)控制。液氨泵站與蒸發(fā)站區(qū)PLC均有操作界面，兩地的PLC可以就地形成對(duì)本區(qū)系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作，在通信正常時(shí)，也能通過遠(yuǎn)程的比較診斷執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。鍋爐SCR區(qū)納入機(jī)組現(xiàn)有DCS．實(shí)現(xiàn)與機(jī)組控制系統(tǒng)的軟、硬件統(tǒng)一，每臺(tái)機(jī)組新增1對(duì)控制器，通過機(jī)組DCS操作員站對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行啟／停控制、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整以及異常和事故工況的處理。

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    軟件設(shè)計(jì)包括主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置、控制方式確定、控制邏輯設(shè)計(jì)和干煙氣量計(jì)算。

3.1  主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

    液氨泵區(qū)和氨蒸發(fā)站主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括泵站氨泄漏、氨氣緩沖罐壓力、泵站液氨流量、泵站液氨輸送泵進(jìn)出口溫度／壓力、泵站液氨切斷閥后壓力、疏水池液位、蒸發(fā)槽水浴溫度、蒸發(fā)槽氣氨出口溫度、蒸汽總管壓力等。

    SCR區(qū)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括SCR系統(tǒng)噴氨流量和進(jìn)口煙氣流量，SCR反應(yīng)器進(jìn)出口煙氣NOx和O：體積分?jǐn)?shù)，SCR反應(yīng)器壓力、人口溫度以及進(jìn)出口煙氣差壓。

3.2  主要控制方式確定

    脫硝噴氨系統(tǒng)控制通常采用兩種方式：固定摩爾比控制方式和出口NOx定值控制方式。固定摩爾比控制方式由SCR反應(yīng)器進(jìn)口的NOx體積分?jǐn)?shù)乘以煙氣流量得到NOx總量，該

信號(hào)乘以NH3/NOX（摩爾比）得出所需的氨氣流量，此信號(hào)作為PID控制器的給定值并與實(shí)測(cè)氨氣的流量信號(hào)比較，由PID控制器運(yùn)算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開度以調(diào)節(jié)氨氣流量。出口NOx定值控制是根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，控制反應(yīng)器出口NOx為定值。本工程DCS應(yīng)用軟件中對(duì)兩種控制方式均編制了相關(guān)程序，經(jīng)調(diào)試效果比較，運(yùn)行過程中采用固定摩爾比控制方式。

  3.3部分控制邏輯

  3.3.1  噴氨流量調(diào)節(jié)

    噴氨流量調(diào)節(jié)控制邏輯見圖1，本工程中，為了調(diào)試方便及可選擇性，控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件編制了固定摩爾比控制方式和出口NOx定值控制方式兩種方法，可供運(yùn)行人員選擇。

    氨管道快速切斷閥關(guān)斷條件：(1)脫硝人口溫度小于280℃或者大于420 cC。在脫硝入口煙道上設(shè)置了3個(gè)熱電偶，當(dāng)3個(gè)數(shù)值均正常時(shí)取均值，當(dāng)2個(gè)數(shù)值正常時(shí)取2個(gè)數(shù)值的均值，當(dāng)2個(gè)以上的數(shù)值不正常時(shí)認(rèn)為該測(cè)點(diǎn)失效，聯(lián)鎖關(guān)閉閥門并發(fā)出警告。(2)鍋爐MFT（鍋爐主燃料跳閘）。(3)稀釋風(fēng)機(jī)停機(jī)。(4)稀釋空氣管道的出口氣動(dòng)蝶閥關(guān)閉。(5)氨氣和空氣的稀釋比例。當(dāng)氨氣與空氣體積比例高于10%時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉快速切斷閥。(6)稀釋空氣流量低。當(dāng)稀釋空氣流量低于額定流量的80%時(shí)，認(rèn)為稀釋風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，聯(lián)鎖關(guān)閉快速切斷閥。(7)機(jī)組所有引風(fēng)機(jī)停機(jī)。(8)機(jī)組所有送風(fēng)機(jī)停機(jī)。

3.3.2吹灰器控制

    本工程SCR每臺(tái)反應(yīng)器各設(shè)置6臺(tái)吹灰器，分兩層布置，每層3臺(tái)。1號(hào)反應(yīng)器1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)吹灰器吹掃10 s；間隔140 s，2號(hào)反應(yīng)器l號(hào)、2號(hào)、3號(hào)吹灰器吹掃10 s；間隔140 s，1號(hào)反應(yīng)器4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)吹灰器吹掃10 s；間隔140 s，2號(hào)反應(yīng)器4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)吹灰器吹掃10 s。以此循環(huán)。

3.3.3  液氨泵區(qū)和氨蒸發(fā)站控制

主要控制邏輯包括：(1)氨罐溫度及壓力聯(lián)鎖。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐溫度升高或儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高時(shí)，打開雨淋閥降低儲(chǔ)罐溫度；當(dāng)儲(chǔ)罐溫度或壓力低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉雨淋閥。(2)蒸發(fā)器蒸汽調(diào)節(jié)閥。PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)蒸發(fā)器溫度下降時(shí)，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度增大；溫度過高時(shí)，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度減小。

(3)蒸發(fā)器液氨進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)蒸發(fā)器出口氣氨壓力調(diào)節(jié)，當(dāng)出口壓力下降時(shí)，進(jìn)口調(diào)節(jié)閥開度增大；當(dāng)出口壓力增加時(shí)，減小調(diào)節(jié)閥開度。

3.4干煙氣量計(jì)算

    由于SCR煙道形狀復(fù)雜，因此很難得到滿足測(cè)量要求的大斷面煙氣量實(shí)測(cè)值。而SCR對(duì)煙氣的精度要求不是太高，常規(guī)機(jī)組脫硝控制中的煙氣量一般由主蒸汽流量換算得出。但本工程中的機(jī)組為混燒機(jī)組，燃料種類之多在國(guó)內(nèi)比較罕見，傳統(tǒng)的煙氣量計(jì)算方法不能很好地滿足控制要求。因此，根據(jù)其燃料量特性，參考鍋爐相關(guān)資料，作者運(yùn)用以下算法，煙氣量計(jì)算的準(zhǔn)確率在±10%以內(nèi)。

 蓽位燃料產(chǎn)生的總干煙氣量( m3/h)為

式中：C。。為設(shè)計(jì)煤量估計(jì)值；FBFC為設(shè)計(jì)BFC量估計(jì)值；Fcoc為設(shè)計(jì)COC量估計(jì)值。

 折算到6%氧量狀態(tài)的總干煙氣量(m3/h)為

4  結(jié)論

本工程第1臺(tái)機(jī)組增設(shè)SCR改造于2013年下半年改成投產(chǎn)，第2臺(tái)機(jī)組增設(shè)SCR改造于2014年上半年改成投產(chǎn)。改造前，煙氣NOx含量為400 mg/m3（干基，6%氧量狀態(tài)）；改造后，煙氣NO。含量可降至40 mg/m3以下（干基，6%氧量狀態(tài)），脫硝效率在90%以上，滿足環(huán)保要求。

5摘要：

為了降低NOx排放，采用選擇性催化還原法對(duì)電廠兩臺(tái)混燒機(jī)組的鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造。在介紹工藝流程的基礎(chǔ)上，闡述控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和控制邏輯，并針對(duì)混燒機(jī)組特性，給出干煙氣量計(jì)算公式和6%氧量狀態(tài)時(shí)的煙氣量計(jì)算公式。改造達(dá)到預(yù)期效果。