SCR脱硝系统变工况运行特性及优化控制策略研究0814

技术改造项目可行性

研究报告

项目名称：SCR脱硝系统变工况运行特性及

优化控制策略研究

建设单位：张家口发电厂

北京中煤神州节能环保技术开发有限公司

2018年8月20日

一、前言

（一）项目名称：SCR脱硝系统变工况运行特性及优化控制策略研究

（二）项目性质：

（三）可研编制人：

（四）项目负责部门：

（五）项目负责人：

二、项目提出的背景及改造的必要性

（一）承担可行性研究的单位：大唐国际张家口发电厂

（二）项目提出的背景及进行的必要性：

随着我国对环境保护政策要求的逐年提高，火电机组排放烟气中的 NOx 已纳入严格监管，选择性催化还原法(SCR)的烟气脱硝技术因其具有很高的脱硝率、技术可靠、结构简单且氨气逃逸率小等优点已成为燃煤电站锅炉控制 NOx排放的主要选择。SCR烟气脱硝控制系统是保障脱硝系统安全连续运行，满足脱销系统性能指标的重要组成部分，因此，研究和开发高效的、可靠的脱硝控制系统已迫在眉睫。

脱硝控制系统的关键参数是喷氨量。喷氨量及其控制方式直接关系到电厂NOx 排放浓度、装置的脱硝效率及氨逃逸率等指标。喷氨量不足会导致脱硝效率低，出口 NOx 排放浓度不能满足国家规定允许的要求；喷氨量过高，容易造成过度脱氮，难以控制氨气的逃逸量，增加了运行成本和二次环境污染。因此，喷氨量的精确控制对于控制污染物排放、降低脱硝系统运行成本起着至关重要的作用。然而，目前脱硝控制系统的设计基本以额定工况为出发点，机组在额定工况下稳定运行，脱硝控制系统一般能得到较好的控制效果，但在变工况下运行下，由于脱硝系统呈现出非线性、大滞后性，难以确保最佳喷氨比例。喷氨量过少时，难以保证 NOx 排放标准，喷氨量过多，不仅造成氨的浪费，而且又造成新的污染。因此，研究脱硝系统的变工况运行特性，并在此基础上，设计出全程负荷工况下的脱硝控制系统是实现脱硝系统最佳运行的重要保证。

本项目通过对SCR脱硝系统优化控制技术的深入研究，实现对生产指标如脱销率、氨逃逸率的最佳控制，并形成具有自主知识产权的脱硝优化控制系统，从而为火电厂机组SCR烟气脱硝优化控制的普及提供参考和指导，因而本项目的研

究具有一定的理论和实际意义。

（三）原系统或设备的基本情况：

1、拟进行的系统或设备的基本情况说明：

张家口发电厂锅炉由东方锅炉厂设计制造的亚临界、一次中间再热、全悬吊、平衡通风、1025t/h自然循环燃煤汽包炉；汽轮机为东方汽轮机厂生产的320MW 亚临界、一次中间再热、燃煤、纯凝式发电机组（型号N320-16.7/537/537）；

2、系统或设备简述：

分散控制系统采用日立（中国）有限公司生产的HIACS-5000M分散控制系统。4号机组于2012年实施脱硝系统SCR改造。2016年4号机组脱硝系统由尿素热解炉式改为直喷式，配置好的尿素溶液不经过热解炉，直接喷入锅炉转向室烟道，由锅炉烟气余热热解为NH3，最后随原烟气一起注入脱硝系统反应塔进行NOx的脱除。烟气在线监测仪表CEMS采用赛默飞世尔公司设备，每台机组设置一套CEMS 系统。

主机DCS系统采用日立（中国）有限公司生产的HIACS-5000M分散控制系统，版本为core view 7.12，脱硫DCS系统采用HIACS-5000M分散控制系统，版本为CV8.06。

3、铭牌：DCS系统：H5000M CEMS系统：Thermo Fisher 200L

4、制造商：DCS系统：日立；CEMS：美国Thermo Fisher

5、投产日期：脱硫系统2008年投产，2015年进行超低排放改造。

6、技术状况及其它有关技术参数：

7、运行简历：2012至今，已运行5年。

（四）存在的主要问题：

1、4号机组脱硝系统直喷改造后，进口NOx浓度取样点位于喷氨后，实际测量值是经过少量脱硝反应之后的取样，造成进口NOx浓度偏低，正常工况200mg/Nm³，测量值在90-120 mg/Nm³之间另外仪表厂家反映NOx分析仪取样管路腐蚀同样会使采样结果偏低；出口NOx浓度值远低于送环保局脱硫出口NOx浓度值且长时间不变，该测点是单点取样，烟道流场较长，场内烟气分布不均，传感器取样位置可能是流场的一个死点，造成参数失准；

2、尿素式喷氨容易出现A/B两侧出口NOx浓度偏差，由于双侧喷氨调节门采用简单的1：1平均分配喷氨量，当A/B两侧出口NOx浓度存在偏差时，现有

调节系统难以回调偏差，可能致使偏差越来越大，影响双侧出力；

3、在机组快速变负荷、启停磨煤机等工况时，由于锅炉燃烧产生的局域温度、氧量、风煤比等参数变化时，而导致的脱硝入口NOx浓度飞升问题时有发生，受脱硝系统能力限制，造成出口NOx浓度瞬时超标；

4、根据机组目前运行参数分析，在SCR反应器前的烟气流场及NOx浓度场情况优于反应器后，初步判断SCR反应器内部催化剂可能存在堵塞及短路现象，烟气在经过催化剂后不均匀性加剧。容易造成局部喷氨过量，氨逃逸上升，脱硝副产物硫酸氢铵增加造成催化剂及空预器堵塞。

以上问题最终导致脱硝系统自动调节品质过差，只能由运行人员采用手动控制，仅通过参考烟囱入口前的NOx浓度测点来调节喷氨量，调节效果不理想，脱硝出口数据瞬时超标现象频发。

5、由于脱硝系统自动调节品质差，脱硝系统过喷现象严重，导致氨逃逸率增大，堵塞空预器、电袋除尘器等设备容易损坏，对机组的安全稳定运行产生了极大影响。

（五）需要通过技术改造解决哪些问题。

1、依据SCR脱硝系统运行机理和机组实际运行数据，能够正确分析本次改造机组SCR反应器入口参数对脱硝效率和氨逃逸量等参数的影响特性。

2、鉴于本次改造机组NOx测量系统存在的滞后特性，开发一套能够实现SCR 入口NOx排放量动态预估的软件，以便能及时快速地反映烟气中NOx含量的变化，以及仪表吹扫工况下替代NOx测量系统的功能。

3、通过项目的实施，能够保证机组在BLO模式和BLR模式下自动控制系统能够稳定运行，保证脱硝出口NOx浓度满足超低排放要求。

4、通过增加脱硝优化控制系统，实现NOX自动控制功能。减少瞬时超标现象。

三、方案论证

（一）研究方法

1、提取现场脱硝系统的运行数据，采用数据拟合的方法，初步分析当前脱硝系统的运行状况。

2、采用相关软件建立脱硝系统的数学模型，分析影响脱硝系统运行效率的各种因素。