基于质量平衡模式的电厂SCR脱硝系统喷氨自动调节

随着我国环保要求的逐渐提高，火电超低排放工作进展迅速。各大型燃煤火电企业对锅炉进行脱硫、脱硝、除尘装置的建设和改造，脱硫脱硝发展迅速，技术工艺逐渐成熟，但在自动调节上仍有大量问题存在，极易造成环保超标。本文提供一种基于质量平衡模式的电厂 SCR脱硝系统喷氨自动调节方法，能自动将出口 NOx 排放控制在一定范围内。

SCR工艺的基本原理为：在催化剂作用下，向适当温度( 约280 ～ 420℃ ) 的烟气中喷入气氨，气氨与烟气中 NOX发生化学反应，将 NOX还原成 N2和 H20，达到脱硝的目的。

1 改造前存在问题

随着新的排放标准实施，燃煤电厂目前现有的的脱硝喷氨自动控制系统的两种控制模式( “浓度模式”和“效率模式”) ，已经完全不能满足运行人员的需求。脱硝喷氨只能改为手动控制调节门开度，其调整完全依赖于运行人员的经验，合格达标和经济性很难平衡，运行人员发现和调整不及时将造成出口NOx 值超高越线，各种不确定因素的存在给系统的正常运行造成了隐患。

2 原因分析

1) 喷氨自动无论是“浓度模式”还是“效率模式”，其调整存在滞后，当出口已经反应出来了，喷氨自动系统才进行调整。

2) 供氨压力不平稳，波动范围较大。以本公司为例，供氨压力在 0.2MPa～0.245MPa 波动。

3 基于质量平衡模式的脱硝系统喷氨自动调节

基本思路：先根据锅炉脱硝反应器入口氮氧化物浓度、烟气量( 一般烟气量测点不准可用总风量代替) 、脱硝反应方程式等计算出脱硝需要的喷氨质量，再根据排放出口的氮氧化物浓度进行修正，*终得出需求的喷氨量。同时设置人工偏置调整回路，使运行人员能在不切除自动情况下对喷氨量进行修正。

3．1 喷氨量计算

( 1) 取 A、B 侧入口 NO( mg/Nm3) 计算均值，并转换成体积浓度。通过下列公式转换成体积浓度:

NO 体积浓度( ppm) = NO 质量浓度 / 1.34

( 2) 计算 CNOX体积浓度，并求得 CNO2质量浓度。

锅炉排放的烟气中的氮氧化物统称为 NOX，主要成分为NO 占 95%和 NO2占 5%。氮氧化物的排放标准以标准状态，干烟气，6%O2，NO2计。

CNOX体积浓度=NO 体积浓度( ppm) /0.95;

CNO2体积浓度=CNOX体积浓度* 0.05;

CNO2质量浓度=CNO2体积浓度* 2.05。

( 3) 脱硝效率计算:

取 A、B 进口 6%NO2( mg/Nm3) 计算平均浓度、总出口排放浓度计算效率。

ηnox=［进口 6%NO2( mg/Nm3) －出口 6%NO2( mg/Nm3) ］/进口 6%NO2( mg/Nm3) * 100

( 4) 氨氮摩尔比( M) :

M 是实际脱硝效率及氨逃逸后的氨消耗量与 100% 脱硝效率时理论氨耗量的比值。

取效率、氨逃逸率、CNO( mg/Nm3) 、CNO2( mg/Nm3) 按下式计算氨氮摩尔比。

ηnox———脱硝效率，γa———氨逃逸率( 取 3%进行计算)

( 5) 实态烟气转标态体积比值计算:

T实( K) ———脱硝入口平均温度。

P实( Ka) ———空预出口二次风压。

( 6) 实态风量体积计算:

实态风量体积=实际总风量* 1000/0.5881( 密度)

( 实际总风量为一、二次风量之和。)

( 7) 标态风量体积:

Vq标态风量体积=实态风量体积/实态转标态体积比值

( 8) 实际脱硝效率及 3%氨逃逸情况下所需氨耗量计算:

3．2 修正计算的耗氨量

( 1) 根据锅炉氧量修正，修正函数为 f1( X) ; 见下图。

( 2) 根据排放的 NOx 浓度对喷氨量进行修正，修正函数 f2( X) 。

4 优势和实施效果

( 1) 结合总风量的变化和脱硝反应器入口浓度的变化，可以*大程度的预判喷氨量，提前进行调整。

( 2) 因为控制的是喷氨的质量流量，因此可以消除供氨压力变化带来的影响。

( 3) 能将环保出口 NOX平稳控制在 35-42mg/Nm3之间，解决了脱硝喷氨自动调节品质不能满足需求的问题。减轻集控人员调整负担。

( 4) 直接经济效益: 万度电喷氨量比去年下降 0.26kg/万Kwh，全年可节约液氨 73 吨左右，合计 24 万元左右。

( 5) 间接经济效益:

a．每年可减少因 NOx 超标排放罚扣电费上百万元。

b．逃逸氨量减少，缓解空气预热器的冷端形成硫酸氢铵堵塞问题，提高一二次风温。

( 6) 间接经济效益:

a．保证脱硝不超标，不扣罚脱硝电价。

b．逃逸氨量减少，缓解空气预热器的冷端形成硫酸氢铵堵塞问题，提高一二次风温.