肖家勝，孫 捷

（1．上海新華控制技術(shù)（集團）有限公司，上海200241； 2．上海核工程研究設(shè)計院，上海200233）

國家頒布的新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于氮氧化物（NOx）的排放質(zhì)量濃度的限值為100mg／m3，且要求到2015年國內(nèi)已運行和新建火電機組要全部安裝煙氣脫硝設(shè)施［1］，以實現(xiàn)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要中要求的NOx減排10%的總體目標(biāo)。截至2011年8月，7家中央發(fā)電集團已投運的脫硝機組容量為7．306×107kW，約占其燃煤機組容量的17%［2］?；痣娙济簷C組排放的NOx也是PM2．5增加的重要原因。而脫硝作為減少NOx排放的主要手段，成為“十二五”期間火電企業(yè)面臨的首要任務(wù)，由此使得脫硝產(chǎn)業(yè)急劇升溫，脫硝系統(tǒng)的建設(shè)及正常投運也日益重要。

目前國內(nèi)脫硝裝置大多布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，采用選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝，分為SCR系統(tǒng)和公用制氨系統(tǒng)兩部分。但脫硝產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)畢竟為新興產(chǎn)業(yè)，且相對應(yīng)的脫硝技術(shù)規(guī)范直到2010年4月1日起才正式實施［3］，使得脫硝系統(tǒng)設(shè)計基本上由各設(shè)計院參照相關(guān)電力、化工規(guī)范進(jìn)行，存在較大的優(yōu)化空間。以下針對脫硝裝置的SCR系統(tǒng)及公用制氨系統(tǒng)儀表和控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行探討。

1 SCR氨氣流量控制系統(tǒng)

單臺機組脫硝系統(tǒng)對稱布置兩個SCR反應(yīng)器，分別對鍋爐省煤器出口的兩路煙氣進(jìn)行凈化。氨氣與空氣混合后，通過注氨格柵（AIG）與進(jìn)入催化反應(yīng)器之前的煙氣均勻混合，流經(jīng)SCR反應(yīng)器內(nèi)催化劑模塊，發(fā)生催化還原反應(yīng)，生成無毒的氮氣和水。

SCR反應(yīng)器所注入的氨氣，主要通過兩個氣動調(diào)節(jié)閥，分別對兩路AIG的噴氨量進(jìn)行調(diào)節(jié)。日常運行時，將其投入自動控制，故障狀態(tài)下則進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。而氨氣與空氣均勻混合時，通常將氨的體積分?jǐn)?shù)φ（NH3）控制在5%以內(nèi)，所需的空氣則由稀釋風(fēng)機提供。當(dāng)混合氣體中的φ（NH3）達(dá)到5%時報警檢修；當(dāng)φ（NH3）達(dá)到8%時聯(lián)鎖關(guān)閉關(guān)斷閥。系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 氨氣流量控制系統(tǒng)圖

圖1中稀釋風(fēng)機以脫硝所需最大供氨量為基準(zhǔn)（即規(guī)定的脫硝效率）進(jìn)行設(shè)計，其性能將保證能適應(yīng)鍋爐（40%～100%）BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）工況下正常運行，并留有10%裕度。稀釋空氣出口蝶閥一般設(shè)置在最大開度而無需調(diào)整，空氣流量確定后，就不再需要隨鍋爐負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整［4］。而氨氣和空氣混合存在一定的爆炸極限（在空氣中φ（NH3）為15%～28%），因此在一定的稀釋空氣流量下，有一個最大允許氨流量函數(shù)f（x2），將φ（NH3）降低到爆炸下極限以下。氨流量計算值由鍋爐煙氣量、進(jìn)口φ（NH3）、氨－氮氧化物比（n（NH3）／n（NOx））的乘積所得。NH3投入量過低或過高時都將會降低脫硝效率；當(dāng)NH3投入量過高時，還會造成出口φ（NH3）超標(biāo)，影響鍋爐運行安全。因此設(shè)置氨流量限值函數(shù)f（x3），控制氨－氮氧化物比小于1．1［5］，見圖2。

圖2 氨氣流量控制邏輯圖

在稀釋風(fēng)機風(fēng)量一定的前提下，通過φ（NH3）高報警信號及LS（低值選擇器）及切斷閥關(guān)閉信號，保證將φ（NH3）控制在5%以內(nèi)，即氨氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)脫硝系統(tǒng)實際需氨量調(diào)節(jié)在合適的開度。由于選定稀釋風(fēng)機后即已選定稀釋風(fēng)量，因此可認(rèn)為稀釋空氣體積為定值，而只需調(diào)節(jié)氨氣體積，即對圖2中氨氣調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行控制即可。圖1中稀釋風(fēng)機出口無需設(shè)置標(biāo)有云線的流量儀表。

通常氨氣的流量均采用流量孔板測量，氨氣體積由于受溫度、壓力影響較大，因此流量孔板測量的數(shù)值需要加溫度、壓力修正，存在偏差較大的問題。采用先進(jìn)的智能型質(zhì)量流量計，則可以更為準(zhǔn)確地測量氨氣的流量。

2 煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）及其布置

脫硝裝置進(jìn)口煙道監(jiān)測參數(shù)有：NOx質(zhì)量濃度m′（NOx）、O2質(zhì)量濃度m′（O2）；出口煙道監(jiān)測參數(shù)有：氨逃逸率、m″（O2）、m″（NOx）等。每臺機組省煤器出口的兩路煙氣對應(yīng)兩個SCR反應(yīng)器，總共需4套CEMS監(jiān)測裝置，其中出、入口各2套。一般把CEMS系統(tǒng)監(jiān)測裝置布置在現(xiàn)場小屋內(nèi)，由于小屋所在平臺空間有限，要求小屋面積盡量能縮小。

以300MW機組為例，該小屋布置在機組兩側(cè)23．4m標(biāo)高的SCR反應(yīng)器附近平臺上，該平臺寬度約7．5m，上面裝有稀釋風(fēng)機及氨氣流量控制系統(tǒng)等就地設(shè)備。通常小屋內(nèi)除了布置CEMS監(jiān)測機柜外，還有1臺DCS遠(yuǎn)程機柜，2個電氣配電柜。根據(jù)常規(guī)設(shè)計，CEMS制造廠會設(shè)計4個監(jiān)測主機柜，小屋尺寸設(shè)計為5 000mm（寬）×6 500mm（深），平臺剩余空間狹小，影響稀釋風(fēng)機的檢修空間。因此可要求CEMS廠商針對其產(chǎn)品特點，把2套出口、2套入口監(jiān)測裝置各自集中在一個主機柜內(nèi)，或把單臺SCR反應(yīng)器對應(yīng)的出、入口監(jiān)測裝置集中在一個主機柜內(nèi)，這樣只需2個主機柜即可，小屋尺寸相應(yīng)縮小為4 600mm（寬）×5 400mm（深），可節(jié)省出大的空間作為稀釋風(fēng)機檢修空間。

3 液氨儲罐測點設(shè)計

液氨儲罐溫度控制及液位測量為消防監(jiān)測的重點。目前，氨儲罐溫度測量有兩種布置方式：

（1）氨儲罐溫度測量布置在儲罐中間下部，溫度計測量端完全浸沒在液氨中。

（2）氨儲罐溫度測量布置在氨儲罐的正上方，溫度計測量端相對較長。

兩種方式都有應(yīng)用，但由于后者通過氨罐上方檢修平臺，更易維護(hù)。

對于液氨儲罐液位測量，設(shè)計者可依據(jù)測量儀器的不同類型進(jìn)行選擇，見表1。

表1 液氨儲罐液位測量儀表選擇

從表1可見：磁翻板液位計優(yōu)勢明顯，能保證液位測量的準(zhǔn)確性。磁翻板液位計還可配帶液位變送器，送出4～20mA的電流信號至中央控制室，滿足就地顯示和遠(yuǎn)方監(jiān)測的雙重要求。

4 結(jié)語

隨著國家對環(huán)保要求的提高，必將有越來越多的脫硝裝置投入運行，設(shè)計人員也將對脫硝系統(tǒng)的設(shè)計更加熟悉，無疑會促進(jìn)脫硝工藝的發(fā)展，完成NOx減排任務(wù)。

［1］黃少中，左源，趙立志．關(guān)于脫硝電價政策的研究和建議［R］．北京：國家電力監(jiān)管委員會，2012．

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會．GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012．

［3］環(huán)境保護(hù)部．HJ 562—2010火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范（選擇性催化還原法）［S］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010．

［4］趙國慶，何暢．大型燃煤電站脫硝過程自動控制的特點和實踐［J］．浙江電力，2007，26（3）：34－36．

［5］徐旭，應(yīng)劍，王新龍．燃煤電廠選擇性催化還原煙氣脫硝系統(tǒng)的性能試驗［J］．動力工程學(xué)報，2010，30（6）：439－443．