摘要：隨著人類對環(huán)境問題的重視，以及國家對火電廠脫硫技術(shù)的推廣、脫硝技術(shù)的試點運行、對未來CO2的減排控制技術(shù)的研究等，人們對大氣環(huán)境污染的治理也不斷加強。本文以我省首批脫硝試點電廠—烏沙山電廠＃4爐脫硝系統(tǒng)為例，對脫硝技術(shù)及SCR法脫硝的控制系統(tǒng)進行闡述。

關(guān)鍵詞：SCR法脫硝脫硝控制系統(tǒng), 脫硝系統(tǒng)調(diào)試

0 引 言

我國是以煤炭為主要能源的發(fā)展中國家，每年直接用于燃燒的煤炭達12億噸以上，煤炭燃燒后排放出大量的污染物，如SO2、SO3（通稱SOX，硫化物）；NO、NO2（通稱NOX，氮氧化物）； CO2；粉塵等。大量的污染物已在局部地區(qū)造成了酸雨等現(xiàn)象，嚴重危害著生態(tài)環(huán)境，在國際上也造成很大影響。而目前在我國的電力電源結(jié)構(gòu)中，燃煤發(fā)電仍占電力總量的75％以上，因此火電廠已經(jīng)成為我國主要的大氣污染源之一。

NOX（氮氧化物）對大氣環(huán)境的污染除了與其他化合物一起造成酸雨，對土壤和水生態(tài)系統(tǒng)帶來不可逆的后果外，還由于它們參與光化學(xué)煙霧的生成而受到人們的重視。日本、歐洲等發(fā)達國家早在八十年代已開始在火電廠應(yīng)用脫硝控制技術(shù)，并在某些核心技術(shù)的研究取得了壟斷地位。而我國近幾年也開始加大對煙氣脫硝控制技術(shù)的研究及應(yīng)用，如2006年年底前我省投運的寧海國華電廠＃4機組、大唐烏沙山電廠＃4機組，成為首批采用煙氣脫硝技術(shù)的600MW機組。

1 SCR法脫硝原理

火電廠的脫硝控制技術(shù)方式一般有燃燒控制脫硝和煙氣脫硝等。煙氣脫硝技術(shù)按其作用原理不同，可分為吸收、吸附和催化還原等三類。

吸收法：向煙道內(nèi)直接噴入吸收劑（如水、堿溶液、稀硝酸等），吸收煙氣中的NOx物，由于NOx物難溶于水和堿液，因此常采用氧化、還原或配合吸收的辦法以提高NOx物的凈化效率。

吸附法：用浸漬了碳酸鈉等吸附劑的圓球等作為觸媒，用來吸附去除煙氣中的NOx物，雖然凈化效率高，但吸附容量小，吸附劑用量大。

催化還原法：利用催化劑或高溫等條件來提高、加速煙氣中NOx物與還原劑的還原反應(yīng)，還原成無污染的氮氣和水，從而達到凈化NOx物。其中催化還原法由于脫硝效率高、投資運行成本相對較低，因此催化還原法目前占主流地位。

催化還原法又根據(jù)是否采用催化劑分為選擇性催化還原法（簡稱SCR）和選擇性非催化還原法（簡稱SNCR）：

SCR還原法的原理，是還原劑（NH3、尿素）在催化劑作用下，選擇性的與煙氣中的NOX物進行還原反應(yīng)，生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”，其主要方程式為：

4NH3 + 4NO + O2＝4N2 + 6H2O

4NH3 + 2NO2 + O2＝3N2 + 6H2O

SNCR還原法與SCR還原法不同處，是不采用催化劑的情況下，用還原劑（NH3、尿素）直接與煙氣中的NOx物在高溫下進行還原反應(yīng)。其特點是：不使用催化劑；脫硝還原反應(yīng)所需的溫度高，以還原劑為氨為例，反應(yīng)溫度窗為870~1100℃；投資省、可以直接使用尿素；脫硝效率低（30~50%）、運行的可靠性和穩(wěn)定性不好。

綜合比較，SCR法由于還原反應(yīng)溫度要求低，可安裝在鍋爐尾部，具有對爐膛影響��；脫硝效率高，用于電站鍋爐時脫硝效率可達到85％以上；氨逃逸率低等優(yōu)點。因此SCR法在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用，也是目前用于固定源NOx治理的一種最好的脫硝工藝。

2 大唐烏沙山電廠SCR法脫硝工藝流程

烏沙山電廠＃4爐脫硝系統(tǒng)采用SCR脫硝技術(shù)，以液氨為還原劑，引進法國的FLOWTECH公司工藝技術(shù)，主要核心設(shè)備催化劑由奧地利CERAM公司提供，煙氣成套分析儀由德國西門子公司提供。該脫硝系統(tǒng)包括煙道系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、催化劑、氨噴射系統(tǒng)、氨的制備及供應(yīng)系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及儀表和電氣系統(tǒng)等，在國內(nèi)600MW機組中首次應(yīng)用，其工藝流程如圖1。

SCR法脫硝工藝流程是，液氨儲罐中的液氨（約1.6MPa G）通過壓力調(diào)節(jié)閥將壓力減到0.2-0.6MPa G進入到氨蒸發(fā)器蒸發(fā)，經(jīng)氨氣緩沖槽后，控制一定的壓力及流量與稀釋空氣在混合器中混合均勻，最后經(jīng)噴氨格柵噴入煙道，在SCR反應(yīng)器內(nèi)進行脫硝反應(yīng)。

0.2-0.6MPa G的液氨進入氨蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)管道受熱蒸發(fā)到40℃，加熱源為蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽管道（350℃、1.29MPa G的輔助蒸汽），蒸發(fā)器的殼程充裝約140kg的純甲醇，這樣可以確保液氨蒸發(fā)過程中不引起凝結(jié)水凍結(jié)堵塞氨蒸發(fā)器。甲醇正常操作壓力0.1MPa G，避免甲醇急速受熱，給定0.8MPa G聯(lián)鎖報警，此時關(guān)閉蒸汽進口控制閥門，該閥門與氨氣出口溫度聯(lián)鎖控制，調(diào)節(jié)輔助蒸汽進量，保證氨氣出口溫度40℃左右。

氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣，排入氨氣稀釋槽中，經(jīng)水的吸收排入廢水池，再經(jīng)由廢水泵送至廢水處理廠處理。廢水池設(shè)有液位報警聯(lián)鎖，控制廢水泵的開停。

氨站和SCR反應(yīng)器區(qū)均設(shè)置氨氣泄漏監(jiān)測器，測得環(huán)境中氨氣濃度過高，則報警并采取相應(yīng)得措施。
根據(jù)SCR反應(yīng)器的煙氣流量和進出口煙氣中的NOx含量計算出的氨氣用量，由流量調(diào)節(jié)閥控制由氨站過來的氨氣進入SCR反應(yīng)器，其邏輯見下節(jié)的控制邏輯圖及說明。

3 控制系統(tǒng)介紹

SCR脫硝系統(tǒng)在我國尚屬起步試運階段，除其核心技術(shù)—催化劑技術(shù)掌握在歐洲、日本等發(fā)達國家外，其控制系統(tǒng)相對火電廠的主機系統(tǒng)或脫硫系統(tǒng)來講比較簡單。

大唐烏沙山電廠＃4爐脫硝的控制系統(tǒng)主要包括氨控制系統(tǒng)、吹灰控制系統(tǒng)、煙氣測量系統(tǒng)、電氣測量控制系統(tǒng)等。其中氨控制系統(tǒng)為主要控制系統(tǒng)，它主要包括液氨、氨氣、氨和空氣混合系統(tǒng)的控制。

當(dāng)氨管上閥門打開時，通過流量控制閥氣動氨檢測系統(tǒng)，氨氣流量顯示在控制回路中。

NOx總量可通過煙氣監(jiān)測系統(tǒng)得到（煙氣量可從鍋爐DCS系統(tǒng)獲得），在反應(yīng)器進出口測量NOx濃度（煙氣成套分析儀）。

NH3總量計算的標準方法是根據(jù)進出口NOx濃度的差值和煙氣量來決定。

上述信號按照設(shè)定的計量比放大（一般設(shè)定1.03），NH3摩爾量根據(jù)要捕獲的NOx摩爾量來決定。
通過進口NOx測量值，NH3的理論計算值，出口NOx濃度值等就可以計算得到控制系統(tǒng)噴入NH3總量的反饋值。

這個NH3反饋值代表了氣態(tài)NH3的遠程控制值。反應(yīng)器進出口O2含量用來折算進出口煙氣的NOx濃度到6%O2含量的標準值。

可以通過改變內(nèi)部的或外部的設(shè)定值來自動控制NH3的檢測值。外部值指的是通過計算得到的NH3的控制值，內(nèi)部值指可以通過計算機設(shè)定的值，通常根據(jù)外部設(shè)定值來考慮相應(yīng)的操作。

為了防止催化劑表面地積灰堵塞反應(yīng)器，設(shè)計采用聲波吹灰及控制系統(tǒng)。每層布置4個聲波吹灰器，預(yù)留層留有接口，初始設(shè)置清灰為每10分鐘吹10秒鐘，每次一組2個喇叭在同一時間運行，第一組運行停止40秒鐘后第二組開始清灰�？梢栽诂F(xiàn)場調(diào)節(jié)清灰時間和間隔。

3.2 DCS控制系統(tǒng)介紹

脫硝DCS系統(tǒng)采用與主機系統(tǒng)一樣的硬件（上海福克斯波羅公司）。脫硝系統(tǒng)相對主廠房或脫硫系統(tǒng)來說，其需控制設(shè)備的點數(shù)較少，下表為烏沙山電廠＃4機組脫硝的DCS系統(tǒng)的信號表：

以上統(tǒng)計未包括脫硝與主機的聯(lián)絡(luò)信號、系統(tǒng)備用點等。

控制系統(tǒng)安裝需注意事項：

（1）根據(jù)DCS廠家要求做好脫硝DCS系統(tǒng)的接地工作，其系統(tǒng)地、信號地、本安地應(yīng)單獨接地；

（2）由于氨為腐蝕性、易燃易爆物，在儲氨區(qū)、以及氨管周圍5米內(nèi)均為防爆區(qū)域；

（3）從氨區(qū)（防爆區(qū)域）送至脫硝的DCS機柜的信號，其電纜宜采用本安型電纜，其信號應(yīng)先進安全隔離柵進行隔離后，再進入DCS卡件。

（4）做好氨區(qū)所有電氣設(shè)備的防爆封堵措施，及設(shè)備接地工作。

4 系統(tǒng)調(diào)試

脫硝系統(tǒng)進入系統(tǒng)調(diào)試前，首先應(yīng)滿足系統(tǒng)邊界條件，即

（1）所需電源已經(jīng)接入到脫硝系統(tǒng)且可投運；
（2）工業(yè)用水母管和循環(huán)排污水母管已經(jīng)與供水系統(tǒng)接通且可投運；
（3）脫硝系統(tǒng)壓縮空氣母管已經(jīng)與系統(tǒng)接通,且可投運；
（4）脫硝廢水排放系統(tǒng)管道與廢水接受系統(tǒng)接通, 且可投運；
（5）脫硝還原劑——液氨可以按設(shè)計要求投入使用；
（6）業(yè)主脫硝化驗室設(shè)備已經(jīng)校驗合格, 且可投運。

其次設(shè)備單體調(diào)試工作基本結(jié)束：

（1）擬進入脫硝系統(tǒng)調(diào)試的所有設(shè)備的單體調(diào)試已經(jīng)基本合格，單體調(diào)試記錄并經(jīng)過鑒證認可；
（2）管道壓力試驗和管道的沖洗和吹掃合格；
（3）管道與設(shè)備的連接完成；
（4）管道濾網(wǎng)和孔板按設(shè)計要求已經(jīng)安裝完成. (包括臨時項目)；
（5）所有轉(zhuǎn)動機械的潤滑油和潤滑脂的油位正常；
（6）現(xiàn)場所有儀表安裝完成并已單體調(diào)試合格；
（7）所有接線均已完成；
（8）DCS系統(tǒng)已供電；
（9）電機的單體測試已完成。

完成上述工作后，進入系統(tǒng)調(diào)試流程，調(diào)試準備&調(diào)試的程序的概要如圖3所示：

調(diào)試中注意事項：

（1）完善接地系統(tǒng)：由于氨是腐蝕性、易燃易爆物，除系統(tǒng)的原有接地外，還需要注意氨管路的接地及儀表端的本安接地。DCS系統(tǒng)通電調(diào)試前，應(yīng)對系統(tǒng)地、信號地、本安地、保護地等進行檢查，保證接地的電阻符合設(shè)計及一點接地要求，防止干擾信號串入燒壞卡件。

（2）防止氨氣泄漏：在氨系統(tǒng)投入前，氨系統(tǒng)的管道應(yīng)經(jīng)水壓試驗合格、以及氨氣泄露報警系統(tǒng)已投入。在調(diào)試中曾發(fā)生氨管道法蘭面泄漏，由于氨氣泄露報警系統(tǒng)的檢測報警，消除了事故的隱患。

（3）注意儀表調(diào)試：由于本系統(tǒng)的核心控制是氨氣的流量控制，而氨氣控制的依據(jù)則是煙氣的進出口兩側(cè)的含量分析，因此必須按廠家要求，用標準氣瓶對分析儀表進行調(diào)校。在調(diào)試間，曾發(fā)生由于氨氣流量變送器的量程設(shè)計偏大，在氨氣投入的情況下，顯示為零，致使自動投不上，開始懷疑測量管路受堵，后經(jīng)改用合適量程的變送器，故障消除。

（4）關(guān)注風(fēng)機運行：由于反應(yīng)器、擋板及煙道等增加了煙氣的流動阻力，使引風(fēng)機的出力增加。在調(diào)試期間，應(yīng)注意風(fēng)機的運行參數(shù)。

5 烏沙山脫硝工程總結(jié)

本工程從投運至今，已經(jīng)多月正常運行，各項指標均達到或超過設(shè)計值。

（1）由于技術(shù)方FLOWTECH公司對烏沙山電廠進行了精心的流場模擬試驗和1:10的物理模型試驗，使各部分煙氣流場均勻。運行結(jié)果證明沒有出現(xiàn)大的積灰等現(xiàn)象。

（2）煙氣進口擋板門的位置不妥：由于煙氣旁路系設(shè)計后期增加，造成擋板門只能設(shè)在垂直向上的部分，使擋板下部成為煙氣死區(qū)，可能會造成積灰。

（3）采用聲波吹灰器的設(shè)計：吹灰器能夠清除催化劑上粘附的飛灰，防止催化劑堵塞。本工程灰份的粘度低，飛灰的含量適中，因而選擇了聲波吹灰器。這種類型的吹灰器的結(jié)構(gòu)十分簡單，占用空間小，維護方便，吹灰效果好。在本工程運行了一個月后打開檢查發(fā)現(xiàn)催化劑表面很干凈，沒有積灰，證明聲波吹灰器的選擇是合理的。

（4）導(dǎo)流板的設(shè)計：導(dǎo)流板是反應(yīng)器內(nèi)十分重要的組件，其設(shè)計的合理與否將直接影響煙氣流場分布的均勻性，從而對催化劑的性能產(chǎn)生直接的影響。經(jīng)技術(shù)方FLOWTECH公司采用CFD與模型模擬實驗，提出的導(dǎo)流板，形式簡單、數(shù)量合理，但是效果好，防磨性能好。

（5）整流器的設(shè)計：整流器能夠使煙氣垂直流向催化劑，消除飛灰的偏離，降低對催化劑的磨損。本工程的整流器結(jié)構(gòu)采用篩網(wǎng)形式，分塊預(yù)制，分塊安裝，降低了制造難度。隔板的間距分布合理，不容易積灰，壓降小。

（6）分析儀表靈敏穩(wěn)定：德國西門子公司整套煙氣分析儀，使用取樣風(fēng)機抽取煙氣，用抽取法進行進出口NOx的檢測，檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠，對SCR的控制非常有利。

（7）氨控制系統(tǒng)精確：由于控制邏輯合理，儀表精確，使脫硝效率跟隨響應(yīng)速度非�？�，調(diào)節(jié)非常靈敏，在噴氨量變化50g/min時，1分鐘內(nèi)脫硝效率變化1%。在使用一層催化劑（預(yù)留兩層備用）的情況下，脫硝效率可達到50％以上，因此整個工程脫硝效果還是非常好的。

6 結(jié)束語

隨著人們對大氣環(huán)境污染的日益重視，火電廠煙氣脫硝技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。本文以大唐烏沙山電廠＃4爐脫硝系統(tǒng)為例，詳細地介紹了SCR法煙氣脫硝法的原理以及其控制系統(tǒng)的構(gòu)成、調(diào)試等，拋磚引玉，希望能使人們對火電廠的煙氣脫硝技術(shù)有所了解，以便能更好地治理環(huán)境問題。

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