冶金自備電廠煙氣脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化

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【摘要】結(jié)合某鋼廠自備電廠低負(fù)荷脫硝系統(tǒng)工藝改造情況，提出了控制系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化方案，對控制系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行了相應(yīng)的改造和完善，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組全負(fù)荷工況下脫硝系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行和煙氣排放達(dá)標(biāo)；同時(shí)針對氨逃逸檢測系統(tǒng)存在的缺陷和不足也進(jìn)行了相應(yīng)改造，確保了氨逃逸測量的長期準(zhǔn)確可靠和設(shè)備安全。

【關(guān)鍵詞】煙氣脫硝；控制系統(tǒng)；氨逃逸檢測；改進(jìn)優(yōu)化

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家對環(huán)保越來越重視，環(huán)境友好型企業(yè)、綠色工廠、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等都得到國家的大力支持，也是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。國內(nèi)某沿海鋼廠自備熱電廠建有300MW機(jī)組2套，配備了較先進(jìn)的鍋爐煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)。其中，脫硝系統(tǒng)采用的是當(dāng)前較先進(jìn)的選擇性催化還原法（SelectiveCatalyticReduction,SCR）[1]，這也是目前我國火電廠煙氣脫硝主流技術(shù)之一。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益的不斷提高，該電廠針對脫硝控制系統(tǒng)和氨逃逸檢測系統(tǒng)存在的缺陷不足進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，取得了良好的效果，確保了該電廠的長期安全和高效運(yùn)行。

1脫硝工藝流程

國內(nèi)沿海某鋼廠300MW機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的自然循環(huán)汽包爐，煙氣系統(tǒng)安裝了SCR脫硝裝置系統(tǒng)。脫硝工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣從省煤器排出后進(jìn)入噴氨格柵，與噴入的氨氣充分混合后分別進(jìn)入SCR脫銷第一、二、三層催化劑層，在催化劑作用下充分反應(yīng)后脫除氮氧化物，脫除氮氧化物后的凈煙氣進(jìn)入空預(yù)器，再經(jīng)除塵、脫硫處理后經(jīng)煙囪排放到大氣中；脫硝后的凈煙氣經(jīng)過取樣裝置進(jìn)入在線CEMS煙氣分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煔獾趸锖?，確保煙氣排放達(dá)標(biāo)；對凈煙氣進(jìn)行氨逃逸量檢測分析，實(shí)時(shí)對脫硝后的凈煙氣氨逃逸含量進(jìn)行監(jiān)控，防止氨逃逸含量過高發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)生成硫酸氫銨對空預(yù)器換熱元件造成堵塞和腐蝕，保證設(shè)備運(yùn)行安全和使用壽命，也為噴氨量的調(diào)節(jié)提供可靠依據(jù)。

2低負(fù)荷工況脫硝控制系統(tǒng)改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)

2.1低負(fù)荷脫硝工藝改造

按照《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》HJ562-2010要求，“脫硝系統(tǒng)應(yīng)能在鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷和鍋爐最大出力工況之間的任何工況之間持續(xù)安全運(yùn)行，當(dāng)鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷工況下煙氣溫度不能達(dá)到催化劑最低運(yùn)行溫度時(shí)，應(yīng)從省煤器上游引部分高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入反應(yīng)器以提高煙氣溫度”。該機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，40%熱耗率驗(yàn)收工況(簡稱THA)負(fù)荷下省煤器出口煙溫偏低（274℃），50%THA全燃煤工況對應(yīng)脫硝裝置入口煙溫為289℃，50%THA以下全燃煤工況已不能滿足SCR運(yùn)行溫度（295～420℃）的要求。故為達(dá)到全負(fù)荷投運(yùn)脫硝裝置，該機(jī)組2019年實(shí)施了省煤器煙氣旁路改造措施，通過高溫?zé)煔馀c脫硝入口的低溫?zé)煔饣旌线_(dá)到提升脫硝反應(yīng)器入口煙溫（295℃以上）的目的，從而實(shí)現(xiàn)了全負(fù)荷煙氣脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)，確保煙氣符合達(dá)標(biāo)排放要求。

2.2脫硝系統(tǒng)煙氣進(jìn)氣溫度控制系統(tǒng)改進(jìn)

按照低負(fù)荷脫硝工藝改造要求，也要對相應(yīng)的控制程序邏輯進(jìn)行修改完善。主要是對脫硝裝置煙氣進(jìn)氣溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，改進(jìn)后的程序邏輯控制流程圖如圖2所示。在50%THA全燃煤工況以上，鍋爐原煙氣通過省煤器后溫度一般在295～420℃范圍內(nèi)，可直接進(jìn)入脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫硝處理；當(dāng)處于低負(fù)荷50%THA全燃煤工況以下時(shí)，煙氣通過省煤器后溫度很可能就會(huì)降至295℃以下，此時(shí)需要通過省煤器旁路將省煤器前高溫?zé)煔馀c省煤器低溫?zé)煔饣旌鲜够旌虾蟮臒煔鉁囟冗_(dá)到295～420℃要求范圍內(nèi)，然后進(jìn)入脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫硝處理。為了實(shí)現(xiàn)混合煙氣溫度的自動(dòng)可控和精確調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)安裝了旁路電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板，低負(fù)荷脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度控制原理框圖如圖3所示。由控制框圖可以看出，脫硝入口煙氣目標(biāo)值設(shè)定后，通過與混合煙氣溫度的實(shí)際反饋值實(shí)時(shí)對比計(jì)算誤差，然后由控制器對誤差信號進(jìn)行計(jì)算處理后對電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板發(fā)出實(shí)時(shí)控制指令，調(diào)節(jié)高溫?zé)煔饬?，?shí)現(xiàn)對混合煙氣溫度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使煙氣溫度始終可靠穩(wěn)定在目標(biāo)值要求范圍內(nèi)，確保脫硝系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行和煙氣排放指標(biāo)達(dá)到環(huán)保要求。

2.3控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

首先針對現(xiàn)場鍋爐省煤器煙氣旁路的增設(shè)及工藝的改進(jìn)，需要相應(yīng)地增加電動(dòng)旁路調(diào)節(jié)擋板。在鍋爐省煤器A側(cè)旁路增加了電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板，并在省煤器A側(cè)省煤器出口也增設(shè)了電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板，并對應(yīng)兩套電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在鍋爐省煤器B側(cè)也增加了相同的設(shè)備。根據(jù)調(diào)節(jié)擋板電動(dòng)執(zhí)行器的控制指令和位置狀態(tài)反饋指令信號數(shù)量需要增加擴(kuò)展相應(yīng)的DCS現(xiàn)場總線組件，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)測點(diǎn)類型和數(shù)量情況，每個(gè)鍋爐共需增加安裝8通道AI模塊FBM201、AO模塊FBM237、16通道DI模塊FBM207c各2塊，改造硬件設(shè)備清單如表1所示，控制系統(tǒng)卡件按照以上方案數(shù)量擴(kuò)展后可滿足改造要求。硬件完成擴(kuò)展安裝和接線后，利用原有的程序和上位組態(tài)軟件結(jié)合上述的程序控制邏輯和控制原理框圖對相應(yīng)的控制程序進(jìn)行修改完善，在現(xiàn)有的組態(tài)監(jiān)控畫面上增加相應(yīng)的設(shè)備流程圖，并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置和地址編程調(diào)試后，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制功能，保證了脫硝系統(tǒng)在低負(fù)荷工況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3脫硝氨逃逸分析檢測系統(tǒng)改造

3.1氨逃逸分析檢測原理

該自備電廠氨逃逸檢測采用的方法是可調(diào)諧二極管激光光譜吸收法[3]，即從激光二極管發(fā)射一束已知能量和一定波長的激光，在接收端測量激光能量，在理想狀態(tài)下（沒有能量吸收）所有光能都可透射到探測器上，如果激光波長與光路的分子吸收譜線吻合部分能量會(huì)被吸收，在探測器上會(huì)顯示出能量差值，其大小與被測氣體含量成比例關(guān)系，經(jīng)過信號處理及標(biāo)定后，即可測出相應(yīng)的需測物質(zhì)成分含量?；谝陨显恚撾姀S選用的是挪威產(chǎn)的NEOLaserGas單路氣體分析儀產(chǎn)品，其測量準(zhǔn)確可靠，穩(wěn)定性好，不受背景氣體影響，可以在高粉塵高溫高壓腐蝕性氣體條件下工作，使用壽命長?，F(xiàn)場測量裝置安裝示意圖如圖4所示。

3.2氨逃逸檢測樣氣光路改造

脫硝凈煙氣氨逃逸檢測原來采用的是將激光發(fā)射裝置和接收裝置分別安裝在煙道的兩端部位，且安裝時(shí)必須做到精確無誤，即發(fā)射裝置與接收裝置必須在同一條直線上，使發(fā)射裝置發(fā)出的光恰好能被接收裝置吸收，一旦達(dá)不到安裝精度就會(huì)因接收裝置無法完全接收發(fā)射激光而導(dǎo)致測量誤差增大，甚至無法測量準(zhǔn)確值;即使施工安裝精度達(dá)到了，在經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，煙道也會(huì)出現(xiàn)局部變形而導(dǎo)致測量發(fā)射裝置和接收器不完全在一條直線上，從而導(dǎo)致測量誤差增大，無法準(zhǔn)確測量監(jiān)控剩余氨含量。這不利于噴氨量的精確控制和設(shè)備的安全，因此有必要對檢測光路進(jìn)行改造完善，以保證其測量長期穩(wěn)定準(zhǔn)確。經(jīng)過調(diào)查研究，為了保證光路長時(shí)間不受影響，決定將激光發(fā)射裝置與接受裝置安裝在中控套管的兩端，將中空套管橫裝在相鄰的兩個(gè)煙道壁上，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)裝置的硬性連接，為了不影響煙氣的取樣測量，在中空套管的側(cè)壁開有多個(gè)貫通的氣孔，這樣煙氣就可以正常通過套管和實(shí)時(shí)進(jìn)行煙氣成分檢測。該電廠利用年修機(jī)會(huì)按照上述方案對氨逃逸測量系統(tǒng)實(shí)施了改造如圖5所示。改造完成后，氨逃逸的測量不會(huì)再受煙道局部變形影響， 從而可以實(shí)現(xiàn)對氨逃逸含量的長期準(zhǔn)確檢測和監(jiān)控，保證了其他設(shè)備的運(yùn)行安全。

4總結(jié)及展望

本文主要介紹了某電廠鍋爐脫硝工藝流程，考慮到環(huán)保要求和目前的運(yùn)行缺陷實(shí)施了低負(fù)荷脫硝工藝改造，相應(yīng)地改進(jìn)了控制邏輯流程，設(shè)計(jì)了脫硝煙氣進(jìn)氣溫度控制系統(tǒng)，并通過硬件設(shè)備的增加安裝和程序的修改完善實(shí)現(xiàn)了該控制流程和方案；最后針對氨逃逸分析監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題缺陷也進(jìn)行了改進(jìn)，保證了氨逃逸測量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。在近半年的運(yùn)行過程中，該電廠鍋爐脫硝系統(tǒng)在啟停機(jī)過程中及降負(fù)荷運(yùn)行工況下，脫硝系統(tǒng)均能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，且脫硝后的凈煙氣氮氧化物的含量穩(wěn)定在30mg/m3以下范圍內(nèi)，高于環(huán)保要求，脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全負(fù)荷工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行且煙氣氮氧化物均實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放（<50mg/m3），履行了環(huán)保責(zé)任，降低了排污費(fèi)用，發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益顯著，對創(chuàng)建環(huán)境一流和環(huán)境友好型企業(yè)具有重要意義。氨逃逸分析監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)確保了氨逃逸含量的長期準(zhǔn)確穩(wěn)定測量監(jiān)控，既確保了設(shè)備安全，也為下一步脫硝噴氨智能自動(dòng)化改造提供了條件。

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作者：曹美杰 張海忠 仲勇 么穎林 單位：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司