1引言

十二五期間，根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，我國(guó)采用的技術(shù)路線大力推廣低NOx燃燒器技術(shù)，積極開發(fā)和示范空氣分段供應(yīng)燃燒和超細(xì)煤粉再燃技術(shù)，推進(jìn)各種煙霧脫硝技術(shù)(SCR、SNCR、SNCR/SCR)國(guó)產(chǎn)化。預(yù)計(jì)到2021年，中國(guó)將安裝約1.5億kW的SCR脫硝裝置，因此消化、吸收、研究和創(chuàng)新SCR脫硝技術(shù)在中國(guó)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著中國(guó)環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的加大，采用SCR法脫硝的火力發(fā)電廠在確保煙氣排放符合標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，提高脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性，在保證脫硝效率的同時(shí)，如何應(yīng)對(duì)單元的大負(fù)荷變動(dòng)

2影響SCR脫硝效率的因素

2.1微觀因素

在既定反應(yīng)條件下，脫硝反應(yīng)速度與催化劑微孔的面積和煙氣中反應(yīng)物濃度成正比，與表面化學(xué)反應(yīng)阻力、外傳質(zhì)阻力和內(nèi)傳質(zhì)阻力成正比。因此，增加微孔橫截面積和反應(yīng)物濃度，減少反應(yīng)中各種阻力有助于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，提高脫硝效率。

改變氨氣濃度，通過增加催化劑孔內(nèi)表面積的方法減少化學(xué)反應(yīng)阻力，改變煙氣流動(dòng)狀態(tài)，提高煙氣溫度，減少層流膜厚度，減少外傳阻力，通過減少催化劑外表面與孔內(nèi)表面積的平均距離，增加催化劑孔內(nèi)表面積和孔的平均截面積

2.2宏觀因素

2.2.1煙氣溫度的影響

當(dāng)催化劑在煙氣溫度280℃-400℃之間時(shí)，煙氣溫度越高，脫硝效率越高，但超過400℃后，脫硝效率隨著溫度的提高而開始下降。因此，為了降低煙氣溫度對(duì)脫硝效率的影響，必須盡量保持鍋爐狀況穩(wěn)定，或者采用帶旁路的省煤器調(diào)整脫硝入口煙氣溫度。

2.2氨氮比的影響

氨氮比=1.0可達(dá)到95%以上的NO去除率，NH3的去除濃度可維持在5×10-6以上。在實(shí)際生產(chǎn)中，多于理論量的氨被噴入系統(tǒng)，反應(yīng)器后煙氣下游氨超過標(biāo)準(zhǔn)，氨逃離是影響SCR系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的另一個(gè)重要參數(shù)，燃煤?jiǎn)卧�一般將NH3的排出控制在2×10-6以下，減少后續(xù)裝置的堵塞。

2.2.3合理控制氨噴射量

氨噴射量與煙中的NOx含量對(duì)應(yīng)后，可保證NOx反應(yīng)過程中的脫硝效率、氨的逃跑率和催化劑壽命。鍋爐負(fù)荷變化過程中，氨氣流量與NOx濃度對(duì)應(yīng)時(shí)，可有效避免過度噴射氨造成的不良后果。

綜上所述，SCR系統(tǒng)的優(yōu)化可以從兩個(gè)方面著手，一個(gè)是為了恢復(fù)反應(yīng)創(chuàng)造最佳條件，通過改善設(shè)備結(jié)構(gòu)，提供適當(dāng)?shù)臏囟葓?chǎng)、反應(yīng)時(shí)間，另一個(gè)是在滿足脫硝出口合格的前提下，優(yōu)化脫硝控制，充分發(fā)揮溫度場(chǎng)與NOx生成物的耦合關(guān)系

3脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀分析

總結(jié)了國(guó)內(nèi)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，氨氣流量的控制一般采用固定摩爾比控制方式和固定出口NOx濃度控制方式，這兩種控制方式各有控制優(yōu)勢(shì)，但由于負(fù)荷變動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行狀況的因素變化，各噴射點(diǎn)后的氨濃度與煙濃度不一致，噴射量增加，局部氨過大，威脅煙氣下游設(shè)備的安全運(yùn)行在一般的SCR自動(dòng)控制中，以SCR出、入口NOx濃度作為煙氣自動(dòng)調(diào)節(jié)的參考參數(shù)，但CEMS數(shù)據(jù)采集具有一定的誤差和滯后性，并且由于SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣流速不均勻，CEMS采樣不一定具有代表性，以上因素對(duì)SCR單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)反映慢、調(diào)節(jié)失穩(wěn)等影響。

4基于溫場(chǎng)脫硝控制優(yōu)化思路

4.1溫場(chǎng)建立

AGAM型聲波法爐膛溫場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是一種先進(jìn)的工業(yè)在線二維溫場(chǎng)全工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，該設(shè)備是德國(guó)Bonnenberg+Drescher公司多年的科技研究成果，在各種工況下對(duì)鍋爐、焚燒爐和各種加熱爐內(nèi)高溫燃燒氣體溫度的實(shí)時(shí)連續(xù)全自動(dòng)測(cè)量。

聲波法氣溫測(cè)量技術(shù)通過測(cè)量鍋爐內(nèi)距已知的一對(duì)聲波收發(fā)裝置之間聲波脈沖的飛行時(shí)間，計(jì)算該通道氣體的平均溫度。聲測(cè)溫系統(tǒng)可以使用一定數(shù)量的收發(fā)器形成測(cè)量網(wǎng)格，測(cè)量爐內(nèi)水平面的溫度分布狀況。

可通過通道網(wǎng)格測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算獲得平面二維溫度分布，通過分析圖像算法獲得等溫圖。通道溫度、定制區(qū)域溫度值(網(wǎng)格分區(qū)均值)、轉(zhuǎn)換數(shù)值(最低、最高溫度、標(biāo)準(zhǔn)偏差、各區(qū)間均值溫差)可顯示在外部控制設(shè)備上，用于鍋爐診斷和操作優(yōu)化。

聲測(cè)管技術(shù)是唯一一種不受輻射影響、不漂移的高溫爐膛內(nèi)測(cè)溫技術(shù)。在燃燒性能控制方面首次應(yīng)用于1993年慕尼黑。在燃煤鍋爐中，AGAM系統(tǒng)用于調(diào)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)的平衡。采用此溫度場(chǎng)測(cè)量和平衡調(diào)整的主要好處在于可以提高鍋爐的可用性(減少結(jié)渣和腐蝕)，并獲得更高的生產(chǎn)效率。

聲學(xué)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是聲學(xué)溫度信號(hào)的反應(yīng)速度非常快。在4秒內(nèi)更新二維溫度場(chǎng)分析測(cè)量結(jié)果，溫度測(cè)量的反應(yīng)時(shí)間比其他傳統(tǒng)的控制信號(hào)快半分鐘到幾分鐘。因此，根據(jù)鍋爐類型的不同，與蒸汽量和O2濃度相比，用聲學(xué)方法測(cè)量爐內(nèi)溫度時(shí)，溫度信號(hào)可以更快地傳輸?shù)紻CS，進(jìn)行基于聲波測(cè)溫技術(shù)原理的各種燃燒過程的優(yōu)化控制。

4.2控制策略

4.2.1帶有前饋電路的分區(qū)串級(jí)控制系統(tǒng)

以煙囪入口的NOx濃度測(cè)量值為調(diào)節(jié)目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，脫硝被控對(duì)象(NH3流量煙囪入口的NOx濃度)的應(yīng)答純延遲時(shí)間接近3分鐘，整個(gè)應(yīng)答過程達(dá)到十幾分鐘，是典型的大滯后被控對(duì)象，這種方式的控制難度明顯增加。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)噴氨量的優(yōu)化控制，優(yōu)化控制可以與溫度場(chǎng)測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)大滯后對(duì)象的設(shè)計(jì)構(gòu)想進(jìn)行優(yōu)化，有效地提前調(diào)節(jié)過程，獲得更好的控制質(zhì)量。帶有前饋電路的串級(jí)控制系統(tǒng)可以達(dá)到一般控制出口合格的控制目標(biāo)，但為了實(shí)現(xiàn)更好的控制噴射量，使控制目標(biāo)與環(huán)境評(píng)價(jià)目標(biāo)一致，基于溫度場(chǎng)的數(shù)據(jù)，通過工藝數(shù)據(jù)與NOx生成量的耦合關(guān)系，建立起動(dòng)態(tài)模型，適應(yīng)控制過程中存在的大滯后問題

根據(jù)溫場(chǎng)模型預(yù)測(cè)未來NOx的產(chǎn)量，根據(jù)實(shí)測(cè)NOx數(shù)據(jù)，不斷修正，在當(dāng)前時(shí)刻給出最佳控制量。同時(shí)，根據(jù)鍋爐的負(fù)荷狀況、給煤量、煙氣流量作為溫度場(chǎng)的核心要素，提高了應(yīng)對(duì)時(shí)間的控制。

5經(jīng)濟(jì)分析

采用溫場(chǎng)脫硝控制技術(shù)，可大大提高氨的利用率，降低氨的消耗量，以330MW機(jī)組為例，節(jié)約氨的消耗量為10%，年節(jié)約液氨的消耗量約為25萬元。SCR自動(dòng)控制采用優(yōu)化控制戰(zhàn)略時(shí)，可提高SCR的最大脫硝效率，預(yù)計(jì)催化劑壽命提高7%的同時(shí)，由于還原劑的利用率提高，在最佳控制狀態(tài)下，降低氨的40%，大幅度降低對(duì)尾部煙道內(nèi)設(shè)備的威脅

6展望

節(jié)能減排已經(jīng)成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)和政治的中心任務(wù)，針對(duì)火電機(jī)組節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)需求和鍋爐大負(fù)荷變化，爐膛溫度、煙量變化對(duì)脫硝控制的影響。脫硝的控制技術(shù)有望與溫度場(chǎng)測(cè)量進(jìn)一步完美結(jié)合，克服以往脫硝控制中監(jiān)測(cè)手段、負(fù)荷變化、數(shù)據(jù)滯后不良因素的影響，實(shí)現(xiàn)最佳噴射量控制，減少SCR出口NOx的排放量和氨的逃脫量，使火力發(fā)電廠SCR脫硝控制系統(tǒng)達(dá)到新的高度。