沈 靖，徐偉鳴，盧常璘

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海 200241）

我廠8號機和9號機的脫硝系統(tǒng)采用氨氣脫硝方式。由于氨氣和空氣在一定混合比下會發(fā)生爆炸，而且長期積累在管道內(nèi)的剩余氨氣容易腐蝕管道，因此如何在達到國家對污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理、自動地投入氨氣的使用量，是電廠安全、經(jīng)濟運行急需解決的一大問題。

1 脫硝系統(tǒng)概況

1）脫硝系統(tǒng) 采用選擇性催化還原法（SCR）高溫、高塵布置，即SCR反應(yīng)器布置在省煤器的下方，空氣預(yù)熱器與除塵器裝置的上方，煙氣溫度約為350℃。通過噴射氨水和空氣，用蜂窩式催化劑使NOx轉(zhuǎn)化為N2和水蒸氣。

2）控制系統(tǒng) 采用EMERSON公司的OVATION系統(tǒng)進行全程控制。在脫硝系統(tǒng)的進出口，采用U23多組分紅外在線分析儀實時分析煙氣中的NOx及O2含量。當(dāng)發(fā)生以下任一種情況，都將快速關(guān)閉氨氣閥門停止脫硝。①脫硝入口煙溫小于320℃或者大于420℃；②稀釋風(fēng)機停機；③稀釋空氣管道的出口氣動蝶閥關(guān)閉；④氨氣和空氣的稀釋比例大于8%；⑤氨氣流量或稀釋空氣流量為壞值。

3）控制方式 ①采用脫硝效率為定值控制方式，將SCR反應(yīng)器入口的NOx濃度乘以煙氣流量得到NOx信號，再將該信號乘以所需NH3／NOx摩爾比得到基本氨氣流量。將該信號作為給定值，送入PID控制器與實測氨氣的流量信號比較，由PID控制器運算后發(fā)出調(diào)節(jié)信號，控制SCR入口氨氣流量調(diào)節(jié)閥的開度用以調(diào)節(jié)氨氣流量。②采用出口NOx濃度為定值控制方式，根據(jù)入口NOx實際測量值以及出口NOx設(shè)定值計算出預(yù)脫硝效率和預(yù)置摩爾比。出口NOx實際測量值與出口NOx設(shè)定值進行比較后通過PID調(diào)節(jié)器的輸出作為修正，最終確定控制系數(shù)當(dāng)前需要的摩爾比值。摩爾比控制器輸出的摩爾比信號作為固定摩爾比控制回路中摩爾比設(shè)定值，控制氨的噴射，從而有效地控制脫銷系統(tǒng)，保證出口NOx穩(wěn)定在設(shè)定值上。

根據(jù)國家頒布的“當(dāng)反應(yīng)器入口NOx含量小于等于1000mg／m3時，以出口NOx濃度為定值控制方式所投入使用的氨氣量小于以脫硝效率為定值控制方式所投入使用的氨氣量的”GB 13223—2003規(guī)定，我廠脫硝系統(tǒng)采用以出口NOx濃度為定值的控制方式運行，并將反應(yīng)器入口NOx含量設(shè)定為0～1000mg／m3。

2 提高脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟性的措施

在脫硝系統(tǒng)中能否準(zhǔn)確測量氨氣流量是整個脫硝控制的關(guān)鍵。由于氨氣容易被水吸附，也容易與酸反應(yīng)，特別在熱濕條件下，如果未反應(yīng)的剩余氨氣較多，可能會產(chǎn)生NH4NO3，NH4CL，（NH4）2SO4，NH4HSO3和（NH4）2SO3，在煙氣中加劇取樣管路的堵塞。反之，投入氨氣過少會降低脫硝效率，無法達到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。為此，對脫硝系統(tǒng)進行梳理，做了相應(yīng)的改進。

2.1 改用手動調(diào)節(jié)及更換U形管差壓表

我廠脫硝系統(tǒng)噴氨格柵上共設(shè)18個氨氣測量點，AB兩側(cè)各9個測點，原先使用量程為±100U形管差壓計對氨氣進行測量。使用后發(fā)現(xiàn)三大問題：①由于氨氣容易液化，當(dāng)噴氨格柵的氨氣壓差大于U形管差壓量程時，造成U形管內(nèi)水柱倒灌入噴氨格柵內(nèi)，不能反映氨氣的實際流量。②由于氨氣容易被水吸附，造成液氨濃度下降，脫硝率也跟隨下降。③由于氨氣泄漏、天氣潮濕、工作環(huán)境惡劣等原因，造成U形管差壓計塑料管破損、刻度模糊，對調(diào)節(jié)氨氣流量造成困擾。為此，改用手動調(diào)節(jié)測量每根噴氨格柵內(nèi)的氨氣，用以獲取均勻、準(zhǔn)確的氨氮摩爾比分布，并將18只U形管差壓計全部換成讀數(shù)清晰的不銹鋼外殼差壓表。

2.2 優(yōu)化儀表管路及減少轉(zhuǎn)換接頭

我廠氨氣流量的取樣點與變送器間的距離長達15m，中間轉(zhuǎn)換接頭多達8個，容易發(fā)生氨氣泄漏，給安全生產(chǎn)帶來隱患。為此，對氨氣流量變送器的儀表管路進行優(yōu)化改造，減少4個中間轉(zhuǎn)換接頭，保障了脫硝系統(tǒng)管路的安全、可靠和經(jīng)濟運行。

2.3 調(diào)整控制參數(shù)

2.3.1 控制信號流程

我廠脫硝系統(tǒng)氨氣流量控制如圖1所示。

圖1 氨氣流量控制原理

由于煙氣污染物濃度給定的狀態(tài)是標(biāo)態(tài)、干基、6%氧量，而煙氣給定的狀態(tài)是標(biāo)態(tài)、濕基、實際氧量，因此在實際估算時要按煙氣污染物含6%氧量等于15×煙氣含實際氧量／（21－實際氧量）進行計算。由圖1及上述算法，可以看出：影響出口NOx濃度的主要參數(shù)是入口NOx值、入口O2值和PID參數(shù)值。

我廠在脫硝系統(tǒng)的進出口處，采用德國西門子公司生產(chǎn)的U23多組分紅外在線分析儀，分析煙氣中的NOx或者O2含量。為了保證在取樣過程中氣體不結(jié)露，采用反吹方式，通過定時切換兩通球閥清除過濾器上的積灰，切換周期為45 min。

2.3.2 選擇整定方式

考慮到脫硝系統(tǒng)運行的安全性、調(diào)節(jié)參數(shù)的經(jīng)濟性和可行性，對影響氨氣流量的PID控制參數(shù)進行整定，整定方式有兩種。

1）選擇PI參與調(diào)節(jié) 由于被控對象是氨氣流量，具有時間常數(shù)小和擾動等特點，選擇比例積分調(diào)節(jié)器（PI）來參與調(diào)節(jié)。

2）采用先比例后積分 在參考了以上控制參數(shù)對控制過程的影響后，對控制參數(shù)實行先比例后積分的整定步驟，其整定流程如圖2所示。

2.3.3 確定控制參數(shù)

查看2010年4月28日脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度曲線（圖3），從中可以看出兩個問題：①出口NOx濃度實際值要達到設(shè)定值，需要花費50min去平衡；②在設(shè)定值恒定的情況下，出口NOx濃度實際值波動幅度最大可達150mg／m3。

圖2 實行先比例后積分的整定流程

查看2010年8月19日脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度曲線（圖4），從中可以看到：原先需要花費50 min去接近設(shè)定值進行平衡，現(xiàn)在只要4min。主要是經(jīng)過多次對PI參數(shù)進行調(diào)試和整定，最終將參數(shù)P由0.45整定為0.3；參數(shù)I由80整定為50。原先出口NOx濃度實際值波動幅度最大可達150mg／m3，現(xiàn)在為25mg／m3，說明重新整定后的脫硝效果十分明顯。

圖3 4月28日脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度波動曲線

圖4 8月19日脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度波動曲線

2.4 調(diào)整后的節(jié)能效果

重新整定PID控制參數(shù)后，脫硝系統(tǒng)氨氣流量自動控制調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，從而確保了脫硝系統(tǒng)運行的安全性、氨氣使用量的經(jīng)濟性，取得了顯著的節(jié)能效果。不同參數(shù)設(shè)置（設(shè)定值和實際值）時的氨氣使用量統(tǒng)計如表3所示；按每小時節(jié)約氨氣使用量及按300天實際脫硝運行天數(shù)節(jié)約費用統(tǒng)計如表4所示。由表3和表4的統(tǒng)計結(jié)果可以看到，在重新整定脫硝參數(shù)后，脫硝的氨氣使用量明顯減少，每小時可以節(jié)約氨氣25m3，1年合計可以省約45萬元。

表3 不同參數(shù)設(shè)置時的氨氣使用量統(tǒng)計

表4 節(jié)約氨氣使用量及費用統(tǒng)計

3 結(jié)語

1）8號機組脫硝系統(tǒng)自2010年8月自動回路參數(shù)重新整定后效果十分明顯，不但降低了氨氣使用量，而且有利于延長催化劑、反應(yīng)器的使用壽命。參數(shù)重新整定后，1年可節(jié)約氨氣1.8萬m3，折合人民幣45萬元。

2）計劃對9號機組的脫硝系統(tǒng)的自動回路參數(shù)也進行整定和調(diào)整。

3）自2012年1月1日起，火電廠大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)將執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）中的相關(guān)規(guī)定。由于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中對上海的火力發(fā)電廠氮氧化物（以NO2計）的排放量的要求，由原來GB 13223—2003中的200mg／m3修改為100mg／m3，為此，根據(jù)國家新頒布的排放標(biāo)準(zhǔn)，對脫硝系統(tǒng)進一步改進及完善。首先，將脫硝系統(tǒng)NOx出口排放量的設(shè)定值，由180mg／m3定為90mg／m3。其次，發(fā)現(xiàn)SCR區(qū)氨氣流量變送器位于取樣點的下方4m處，當(dāng)氨氣環(huán)境溫度為0℃、氨氣壓力為300～400kPa時，氨氣容易液化，造成儀表管內(nèi)積水，變送器的測量數(shù)據(jù)波動較大，最終導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)無法投入自動控制。為此，將該氨氣流量變送器移至取樣點上方，消除該缺陷。