脱硝系统喷氨优化调节技术

电站燃煤锅炉SCR烟气脱硝喷氨优化控制分析

电站燃煤锅炉 SCR烟气脱硝喷氨优化控制分析

摘要: 污染是一个全球问题，它会导致温室效应，破坏臭氧层和形成酸雨。我们国家对的排放做出了严格的限制。另一方面脱硝所用液氨的价格较贵，给对电厂的经济运行带来了挑战。锅炉脱硝系统的正常运行对于整个发电厂的环保和经济运行都有着非常重要的影响。本文通过对发电厂脱硝系统运行中存在的问题进行总结与分析,提出了一些有效的优化调整措施,希望在满足严苛环保要求下保持脱硝系统的经济运行。

关键词:脱硝系统；超净排放；精准喷氨

引言

为达到国家环保超净排放标准的严格要求(30万千瓦及以上公用燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保指标,即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度分别不高于50毫克/立方米),华能井冈山电厂一期两台30万千瓦燃煤机组采用选择性催化还原(SCR)工艺烟气脱硝系统,锅炉配置2台SCR反应器,采用纯度为99.6%的液氨做为脱硝系统的反应剂。SCR反应器布置在省煤器与空预器之间的高含尘区域。脱硝系统在机组并网运行期间保持连续运行，运行人员既要确保脱硝系统出口浓度在标准要求之内，又要满足脱硝系统节约经济运行的要求。所以要对机组脱硝喷氨进行优化控制，实现精准喷氨，既满足于严苛的环保要求，又能节约液氨消耗的成本，助力我厂实现绿色节能型电厂的建设。

一 SCR脱硝系统简介

我厂一期锅炉烟气脱硝装置布置在炉外，呈露天布置，采用高粉尘布置的SCR工艺，即将SCR反应器布置在省煤器之后、空预器和电除尘之前。脱硝系统布置有三台稀释风机，一台运行，两台备用。氨气与空气混合后被喷入反应器中，与反应器中的氮氧化物发生反应。烟气中所含的全部飞灰和均通过催化剂反应器，的去除率可达到80%～85%。每台锅炉配置两台SCR反应器,采用蜂窝式催化剂,按“2+1”模式布置三层催化剂。SCR的化学反应机理比较复杂，催化剂选择性主要是指在有的条件下被氧化，而不是被氧化，SCR反应是选择性反应生成，而非其他的含氮氧化物。烟气脱硝系统运行应通过精准喷氨的控制同时达到超净排放和安全经济的目标。

SNCR控制优化-提高脱硝效率和降低氨逃逸率

SNCR – 用于垃圾焚烧厂的最佳脱硝技术

简介

近20年来，SNCR系统被广泛的应用于垃圾焚烧厂的烟气脱销处理。自2000年以来，多数垃圾焚烧厂选择了应用SNCR

系统。目前，在讨论如何进一步降低垃圾焚烧发电厂的污染排放的同时，也提出了更具挑战性的更低的NOx排放限值。

工艺过程的技术原理

在选择性非催化还原（SNCR）的氮氧化物去除的过程中，还原剂是以水溶液状态（氨水，尿素）或气态的形式（氨气）

喷射到热的烟气中。以下为化学反应式：

尿素 NH

2CONH

2+2NO+1/2O

2=2N

2+CO

2+2H

2O

或

氨水 4NH

3+4NO+O

2=4N

2+6H

2O

通过上述反应，最终形成氮气，水和二氧化碳。依据烟气组分不同，可以有效的进行脱硝反应的温度区间为900-

1100 °C。超过这个温度，氨气会被氧化成氮氧化物(图1)。

当温度降低时，反应速度减慢，会导致逃逸的氨气在烟道内形成氨盐，从而导致其它的问题。因此，需要将氨的逃逸量控

制在最低。

在使用催化剂的脱硝过程中，化学反应是相似的，而且也是具有有限的反应温度窗口，只是化学反应是发生在炉膛外部。

应用脱硝过程的目标是最大程度的降低NOx的浓度，同时实现最小的NH3逃逸。基本上，尿素和氨水都可以用于垃圾焚

烧厂的脱硝过程。为了实现最佳的脱硝效率和最小的NH3逃逸，还原剂需要与烟气充分的混合。除了需要实现还原剂与

烟气的充分混合外，需要使还原剂在最佳的温度区间内在烟气中均匀分布。

使用尿素的SNCR脱硝过程包括下面四个工艺步骤：

1. 将含有尿素的液滴分布在烟气

2. 含有溶解的尿素的水滴蒸发

3. 尿素分解为自由基参与脱硝过程的化学反应

4. NH2和NOx之间的气相反应

图1. 与温度相关的脱硝效率

由于氨在无需预先分解的情况下即可参与反应，因此当氨水喷射到烟气中后，会立即与氮氧化物发生反应。除了氨水在烟

气中的分布以及其与烟气的混合状况外，氨水的液滴大小也对脱硝效率有着重要的影响。如果液滴过小，会迅速蒸发，因

火电机组热解尿素法脱硝控制优化

摘要：

随着国家能源局《电力行业危险化学品安全风险集中治理实施方案》对火电厂液氨改尿素工程时限的明确，尿素制氨在火电厂脱硝控制系统中的应用越来越广泛。热解尿素法是尿素制氨工艺的一种，现通过对其在某电厂中的运行现状进行分析，提出SCR出口氮氧化物采用多点取样测量方式，并结合改进型基于氨氮摩尔比的串级PID脱硝控制策略进行优化，同时设置两侧SCR反应器出口氮氧化物调平控制回路。最终通过实施，有效降低了该厂氨单耗，达到了节能降耗的目标。

关键词：

热解尿素；脱硝控制；节能

0 引言

近年来，国家环保标准逐渐提高，监管力度也不断加大。氮氧化物作为火电厂烟气中的一种主要污染物，一直是火电厂环保治理的重点。目前，火电厂脱硝治理主流方法为SCR脱硝技术，其一般采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原成氮气和水，从而达到脱硝的目的。

火电厂制备氨气主要有液氨法、水解尿素法和热解尿素法。液氨法由于其危险性，目前正在进行改造、替代。根据国家能源局印发的《电力行业危险化学品安全风险集中治理实施方案》要求，全国公用燃煤电厂的液氨一级、二级重大危险源尿素替代改造工程要于2022年12月底前完成，液氨三级、四级重大危险源尿素替代改造工程要于2024年底前完成。

某火电机组采用热解尿素法制备氨气、SCR脱硝方式。

1 热解尿素法制氨系统概况尿素热解系统主要包括尿素溶液制备输送系统、热解炉系统、压缩空气系统，如图1所示。

尿素溶液制备输送系统将尿素颗粒用一定比例的除盐水溶解，并储存于尿素溶液储罐。尿素溶液输送泵将尿素溶液储罐中的尿素溶液输送至计量分配装置，经计量分配后由尿素溶液喷枪雾化后进入热解炉分解为氨气，尿素溶液喷枪投入数量根据尿素消耗量实时调整。

热解炉热源采用电加热热一次风方式，将雾化进入热解炉的尿素溶液快速分解为氨气、水和二氧化碳，并经机组供氨母管输送至A、B侧SCR反应器。

压缩空气用于尿素溶液的雾化和尿素喷枪的密封，由厂区仪用压缩空气管网提供。

深度脱硝精准喷氨控制系统介绍

一、研究技术背景及现状 ......................................................................................................... 2 1.1、技术背景 ........................................................................................................... 2 1.2、国内外研究现状 ............................................................................................... 3 二、总体方案 ............................................................................................................................... 4 三、技术特点介绍 ....................................................................................................................... 6 3.1、流场模拟 ........................................................................................................... 6 3.2、测量系统 ........................................................................................................... 7 3.2.1、分区同步测量系统 ............................................................................. 7 3.2.2、TDLAS氨逃逸测量系统 .................................................................... 11 3.3、控制系统 ......................................................................................................... 12 3.3.1、总量控制系统 ................................................................................... 12 3.3.2、智能喷氨格栅均衡脱硝控制 ........................................................... 16 3.4、执行结构设计 ................................................................................................. 18 四、项目投资估算/概算明细表 .................................................................. 错误!未定义书签。五、经济性分析 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 5.1 减少喷氨量 ......................................................................... 错误!未定义书签。 5.2 提高催化剂的使用寿命 ..................................................... 错误!未定义书签。 5.3 减少空预器检修费用 ......................................................... 错误!未定义书签。 5.4 降低引风机功耗 ................................................................. 错误!未定义书签。 5.5 合计经济效益 ..................................................................... 错误!未定义书签。六、应用效果 ............................................................................................... 错误!未定义书签。 6.1、神华三河电厂2号机组精准喷氨优化改造运行结果 .... 错误!未定义书签。 6.1.1、总量控制效果 ....................................................... 错误!未定义书签。 6.1.2、分区均衡控制运行效果 ....................................... 错误!未定义书签。 6.1.3、各机组脱硝出口NOx浓度比较： ..................... 错误!未定义书签。 6.1.4、经济效益 ............................................................... 错误!未定义书签。 6.1.5、性能测试报告 ....................................................... 错误!未定义书签。

1000MW超超临界机组精准喷氨优化控制系统的研究及调试

2.国能徐州发电有限公司 221166

摘要：针对1000MW超超临界机组脱硝系统存在的大迟延、大惯性、以及不同负荷下的脱硝控制效果差、脱硝出口NOx浓度波动大，运行人员需手动参与控制调节，耗氨量大，空预器堵塞现象频发等问题，本文采用先进的精准喷氨优化控制系统。经过精准喷氨优化调试，优化后的国家能源集团徐州发电有限公司2号炉SCR脱硝系统的脱硝效果有明显改善，稳态偏差均在设定值±5mg/Nm3。氨逃逸率降低至2ppm以下，节约了用氨量，提高催化剂使用寿命，降低了空预器堵塞风险，保障了机组安全经济运行。

关键词：1000MW机组；精准喷氨优化控制；SCR脱硝；氨逃逸

引言

目前，我国的燃煤机组在整个发电行业中仍占有极大的比例，在国家超低排放标准的要求下，采用精细化、节约型的喷氨优化调整势在必行。燃煤电站锅炉燃烧过程中生成的氮氧化物（NOx）严重危害生态环境，成为锅炉烟气污染物主要控制指标之一[1]。当前对于脱硝优化的控制方式，对于超超临界机组的脱硝优化研究具有重要的意义。

近年来，随着社会对环境保护的重视，国内燃煤机组已普遍实施“超低排放”改造，NOx排放浓度控制在50mg/Nm3以内，部分地区为排放要求提出了更为严格的标准。新形势下，原有的SCR脱硝系统存在喷氨控制不精准、调节滞后等问题日益凸显，导致部分工况下氨逃逸和NOx排放浓度达不到环保要求。电厂往往以增加喷氨量来控制出口NOx排放，会造成氨逃逸增多，形成硫酸氢氨（ABS）的概率也大幅增加。导致空气预热器等重要设备硫酸氢铵堵塞等问题日益突出［2－6］。本文根据国家能源集团徐州发电有限公司2号炉1000MW超超临界机组的脱硝优化项目，进行基于1000MW机组的精准喷氨研究及调试，并对调试过程中遇到的问题进行分析研究。

1.

脱硝系统精准喷氨优化控制系统概述

1.1脱硝系统精准喷氨优化控制方式

3炉脱硝系统喷氨格栅改造技术方案.doc

#3炉脱硝系统喷氨格栅改造

技术方案

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批准：

一、立项原因

针对余热锅炉脱硝性能未能达到技术协议要求，我们与新动力工程师经多次试验及对比分析，认为主要和催化剂性能和流场均匀性有关。经托普索测试催化剂性能没有问题，现考虑对流场均匀性进行优化，通过增设喷嘴，提高喷氨格栅喷孔流速，增强喷孔处气氨和烟气的扰动，使气氨和烟气混合得更加均匀。增设喷嘴后阻力增加近3000Pa，改造后总体阻力在6000Pa左右，稀释风机总压头为8000Pa，满足运行要求。

二、施工方案

新动力在原设计的基础上对京西3#炉喷氨格栅进行改造，将原喷孔直径由6mm缩小为3.8mm，改造后预计提高喷孔流速55m/s以上，较现有流速（22m/s提高约2倍以上），更有利于氨气与烟气混合均匀性；改造后预计稀释风机出口风压6000pa左右，更贴合风机设计工况。

厂家将加工好的喷头（见附图1）6200个带至现场，按附件2图纸将喷头点焊固定于喷氨格栅喷孔上。施工人员在喷氨格栅支管上铺设临时木板后进行点焊工作。

三、技术措施

1. 机组停机后办理工作票后，打开锅炉15.4m层人孔门，喷氨格栅上铺设脚手板，高温蒸发器模块上方铺设塑料布，防止杂物落入模块间隙中。

2. 喷头由专业焊工进行点焊工作，点焊应牢固，防止脱落。

3. 电焊机要做好接地，同时检查进入炉内的电焊线应无破损，防止打火损坏受热面模块管道。

4. 喷头点焊完毕，要将炉内杂物清理干净，经检查验收后封闭人孔门。

四、安全措施

1. 正确办理检修工作票，工作负责人组织工作成员对危险点分析和安全措施进行学习，工作成员在熟知具体安全注意事项后在危险点分析单上签字。

2. 进入现场注意环境，远离危险部位，穿戴好劳保用品，按规定着装。工作人员戴好手套,安全帽,以防碰伤、划伤、磕伤。

3. 现场照明必须充足；使用的电源线必须有插头，使用电缆轴、电气工器具必须使用触电保安器；防止损伤触电。

600MW机组脱硝改造喷氨自动的实现和优化

科学理论　

６００ＭＷ机组脱硝改造喷氨自动的实现和优化　

刘亮姚玉雁　

（阜阳华润电力有限公司，安徽阜阳２３６１５８）　

摘要：本文介绍了某电厂６ｏ０Ｍｗ超临界直流机组脱硝改造喷氨流量自动控制的实现方法以及在当前条件下对逻辑进行的优化。　

关键词：６００ＭＷ，ＳＣＲ，脱硝，喷氨自动，摩尔比，Ｎ０ｘ浓度　

１、引言　

根据国家新的环保政策，大气污染物环保排放要求越来越严格。因此　

在原有烟气脱硫的基础上，大型火电厂烟气脱硝技术及设备己逐步改造投　

入运行。目前火电厂最常用的脱硝方法是ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｔＬｅｄｕｃ—　

ｄｏｎ，选择性催化还原法）法。　

采用ＳＣｔＬ法脱硝在确保烟气排放达标的同时还要保证脱硝系统运行　

的稳定性和经济性，因此精确而经济地控制脱硝系统喷氨量有一定的实用　

价值。另外，精确地控制喷氨量，在保证合理的脱硝效率和出口ＮＯｘ浓度　

的同时，也可以减少局部时段喷氨过多问题，降低氨逃逸率，有利于空预器　

的良好运行。　

２、脱硝情况简介　

某公司烟气脱硝装置采用引进日本三菱ＭＨＩ公司的选择性催化还原　

法（ＳＣＲ）脱硝技术设计和制造的。ＳＣＲ脱硝技术是一个燃烧后ＮＯｘ控制　

工艺，整个过程包括将还原剂氨（ＮＨ３）喷入燃煤锅炉产生的烟气中，含有　

氨气的烟气通过一个含有专用催化剂的反应器，在催化剂的作用下，氨气　

同ＮＯｘ发生分解反应，转化成氮（Ｎｂ和水蒸气（Ｈ　ｏ）。其主要反应方程式　

如下：　

催化剂　

４ＮＨ　４Ｎｏ＋ｏ：———　４Ｎ２＋６Ｈ２ｏ　

催化剂　

Ｎｏ＋Ｎ０２＋２ＮＨ３———　２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ　

从上述反应方程式可以看出，ＮＨ　和ＮＯｘ的反应摩尔比接近为１，就　

是说１摩尔ＮＯｘ脱除需要１摩尔ＮＨ　反应。这就是常规思路的喷氨自动　

设计依据。　

３、初始的喷氨自动设计思路　

经典的ＳＣＲ烟气脱硝控制是利用脱硝反应时ＮＨ３／ＮＯｘ摩尔比近似　

等于１的原理，使用烟气进口ＮＯｘ浓度和烟气流量的乘积得到基本的　

脱硝喷氨精准控制技术研究

摘要：选择性催化还原脱硝(SCR)目前是减少氮氧化物排放的有效手段，也是建造和改造燃煤装置的首要选择。SCR的主要控制手段是氨的调节，但我国大多数发电厂没有理由喷洒氨水。氮氧化物的浓度波动很大，差别很大，导致日常脱硝作业大量消耗氨水，长期运营成本很高；局部氨水泄漏浓度过高，损害了空气预热器，严重影响了机组的安全和经济。基于此，本文从控制策略和测量两方面对脱硝喷氨的精确控制技术进行了研究。

关键词：燃煤机组；SCR；脱硝喷氨；超低排放

前言

近年来，电力和电网结构发生了很大变化，对电力单元深度调节、热电联产、智能控制、优化运行和能源储存的要求越来越高。必须努力提高发电机设备的灵活性、自动化程度和可靠性，参与辅助电力服务市场，提高市场竞争力和可持续性，并增加对市场和社会的投资。目前，大多数发电厂都采用SCR脱硝方法，提高脱硝系统设备的可靠性、持续的在线监测和经济控制是研究的方向和挑战。其中，每个装药段的自动脱硝和氨效果是确保符合脱硝环境参数和保证机组参与深度空调和空气预热器安全长期运行的前提条件。

1 脱硝喷氨量大原因分析

(1)SCR脱硝入口的NOx波动很大。由于煤分布、燃烧方式、低氮燃烧器的稳定性和可变负荷调节质量等因素，大多数SCR电站入口的NOx浓度波动很大。(2)NOx的浓度和速度范围不均衡。NOx浓度场和锅炉输出速度场偏离设计值，可控硅NOx进出口浓度场和速度场因煤炭品种替代、燃烧不均匀、烟尘沉积、催化剂等因素而不一致。(3)单样代表性差异较总输出大。SCR输出NOx的单个采样点没有反映所有横截面的NOx浓度值，表示较低，SCR输出和总输出NOx数据之间的差距很大。(4)CEMS测量落后。在CCS在线提取中，数据滞后60-90秒(稀释取样超过3分钟)，在线数据与烟气在燃烧通道中的实际浓度不同步，存在时间差异。(5)喷氨量不能动态分配和调节。脱硝入口的氨水注入支撑管是一个手动门，不能实时调节SCR入口的氨水量与工作状态，导致氨水不匹配。由于上述因素，氨反应缓慢，调整周期较长。

脱硝系统喷氨优化调节技术

随着火电厂最新大气污染排放标准的颁布及煤电节能减排升级与改造行动计划的实施，燃煤电厂必须更加严格地控制烟气中NOx的排放量。选择性催化还原（SCR）脱硝技术因脱硝效率高且运行稳定可靠，而被广泛应用于燃煤电厂。脱硝效率和氨气逃逸率是衡量SCR脱硝系统运行是否良好的重要依据。

标签：脱硝系统;喷氨优化

1 前言

SCR脱硝系统是在一定温度范围内，在催化剂的作用下实现还原剂（氨）对烟气NOx的脱除反应，副产物为N2和H2O. SCR脱硝系统中的喷氨格栅可促使氨气和烟气在进入SCR反应器前充分混合。喷氨不均会降低脱硝性能，喷氨过量时氨逃逸量会增大，形成的硫酸氢氨等物质易造成空气预热器堵塞和冷段腐蚀，喷氨不足时会降低脱硝效率。

2 喷氨格栅对脱硝运行的影响

喷氨格栅技术作为目前SCR脱硝喷氨应用最多的技术，其喷氨效果决定了催化剂层氨氮分布情况，直接影响脱硝系统的反应效果。

通常所说的喷氨不均，准确地说，指的是喷氨格栅供氨后烟气中的氨氮摩尔比分配不均，即脱硝系统各反应区域的氨量未按预期的氨氮摩尔比进行分配，而不是喷氨量的分配不均。只有在烟气流场及NOx浓度场绝对均匀的情况下，才要求喷氨量的均匀分配。在实际工况下，由于催化剂层各个位置流速不同、NO2浓度不同、催化剂实际性能不同，导致实际需要脱除的NOx量以及处理能力不同，进而实际氨需用量也不尽一致。脱硝运行中，实际喷氨量与氨需用量的不匹配，是导致局部喷氨过量、氨逃逸高、NOx浓度场不均等问题的主要原因。

喷氨过量造成脱硝效率过高，使得出口NOx浓度出现极低值，同时未能参与反应的氨形成大量氨逃逸，进而引发空预器腐蚀堵塞问题;喷氨不足则导致脱硝效率低，出口NOx浓度偏高，易导致排放浓度超标。

由于脱硝系统对NOx浓度、氨逃逸浓度的监测绝大部分采用单点测量方式，因此在喷氨不均的情况下，极易出现监测数据与实际反应状况不一致的现象，主要体现为脱硝出口与总排口NOx浓度差异大、喷氨量与脱硝效率不匹配、氨逃逸数据低而空预器堵塞严重等情况，严重影响运行人员对脱硝运行状态的判断及调整。

SCR脱硝系统喷氨精细调节技术应用及控制策略研究

摘要：SCR脱硝系统是对烟气中NOx在一定温度范围内与氨脱除反应。副产物为N2和H2O，SCR脱硝系统中的喷氨在进入SCR反应器之前将氨和烟气完全混合。喷氨会不均匀地降低脱硝特性，如果注入过喷氨，逃逸量就会增加。硫酸氢氨等物质的出现堵塞了预热器，导致冷段腐蚀。喷氨不足降低了脱硝效率，随着燃煤电厂空气污染标准的更新，以及现代节能行动计划的实施，必须更严格地控制烟气中氮氧化物的排放。催化还原恢复脱硝技术(SCR)通常用于燃煤电厂，因为它高效、可靠且功能强大。脱硝效率和氨气逃逸的下降是CRR系统正常运行的重要指标。

关键词：脱硝系统;喷氨优化

SCR脱硝系统的发展今天更加成熟，在许多情况下，系统的烟气的脱硝率甚至超过90%。工业经济的迅速发展近年来在一定程度上增加了社会能源消耗。据不完全统计，我国在国际煤炭类等材料的消费量较高。煤炭是一种化石燃料，在燃烧时会引起复杂的化学反应，并能提供制造企业所需的能量。氮氧、硫、颗粒以及粉尘的排放污染了大气。为控制污染物，生产单位已开始实施和使用SCR脱硝系统，但它是一个多参数控制系统。对于操作系统，不仅要考虑喷氨量对系统的影响，还要考虑操作系统的稳定性，操作过程中某个系统参数的异常变化可能会影响脱硝。

一、喷氨格栅对脱硝运行的影响

喷氨格栅技术决定了SCR脱硝喷氨，直接影响脱硝系统反应。一般来说，喷氨格栅在将氨后烟气输送络后，但在氨氮摩尔比分布不均后，被认为是不均喷氨。仅当烟场和NOX浓度场相同时，喷氨量需要均匀分布。实际情况下，由于催化剂速度、NO2密度不同、催化剂的实际性能不同以及所需氨实际数量不同，要去除脱除的NOx量和处理能力也不同，实际喷氨量与氨不符合，导致喷氨局部过量，氨逃逸高，不均NOx浓度场等。过高喷氨导致脱硝效率更高、NOX浓度极低的出口，可能导致高氨大量逃逸，造成腐蚀和堵塞问题；喷氨不足导致氮脱硝效率低下、高NOx浓度、超标排放浓度。由于采用单点测量和不均喷氨，因此很容易发现监测数据与实际反应状态不符，不匹配喷氨量与脱硝效率，氨逃逸数据低，严重堵塞空预器，严重影响操作人员的判断和脱硝运行。