SCR烟气脱硝喷氨流量及其自动控制优化

SCR烟气脱硝喷氨流量及其自动控制优化

摘要：介绍了脱硝喷氨流量计的改进，并对喷氨自动逻辑进行了论述，提出了优化喷氨自动的方法。

关键词：脱硝；喷氨流量；自动控制

Abstract: the article introduces the denitration spray ammonia flowmeter of improvement, and spray ammonia automatic logic is discussed, and puts forward optimum method of automatic spray ammonia.

Keywords: denitration; Spray ammonia flow; Automatic control

0引言

太仓港协鑫发电有限公司4×300MW机组脱硫脱硝改造工程由2010年11月开工，2011年12月全部完工。其中脱硝改造工程采用SCR（选择性催化还原法）方法，SCR催化剂布置采用2+1方式，2层运行，1层备用。二层催化剂设计脱硝效率65%。脱硝工程投运后，先后出现了喷氨流量计测量不准和喷氨自动无法投入的问题，经过热工人员的仔细研究，对喷氨流量计进行换型改造；对喷氨自动逻辑进行优化，在生产中取得了良好的效果。

1 喷氨流量测量改进

1.1 存在问题

原设计喷氨流量计采用涡街流量计，测量一直不准确，主要现象是测量值忽大忽小，经常为0，喷氨流量几乎失去监视。

流量计现场安装示意图如下:

图1 喷氨流量计安装示意图

涡街流量计参数如下：

型号：ABB FV4000 VT41

通径：DN40

流量范围：30-390

1.2问题分析

涡街流量计基于卡门涡街原理，涡街流量计测量出来的是体积流量，仅与介质的流速有关，与介质的压力、粘度等参数无关。加装温度、压力传感器后，可以将体积流量换算为质量流量。

现场检查以下几点进行：

⑴检查涡街流量计安装是否满足要求。流量计前有同心收缩闸阀时，前直管段应至少为15D(D为公称直径)，流量计有调节阀的，流量计后直管段应至少为10D，现场测量涡街流量计前直管段95mm,后直管段240mm，前、后直管段不满足要求。

⑵检查常用流量计是否大于涡街流量计的下限流量。该涡街流量计的下限流量为(工况体积,下同),而在氨区总表上查看两台锅炉供氨最大瞬时流量为，单侧SCR喷氨流量计不到。SCR喷氨流量低于涡街流量计的测量下限。

⑶检查现场管道有无振动情况。现场管道支撑固定支架完整、牢固，管道振动较小，符合要求。

综上所述，造成喷氨流量计测量不准的主要原因是直管段不够和实际流量低于流量计最小流量。

1.3解决办法

1.3.1流量计换型

减小涡街流量计的通径可以降低测量下限值，但是如果通径太小，管道就会变得很细，容易发生振动，对测量造成不利影响。另外，在氨气系统使用的测量元件防护等级必须达到防爆的要求。综合考虑，决定把涡街流量计更换为标准孔板流量计，同时对流量计前后管道进行改造，尽量满足测量要求。

孔板流量计设计选型如下：

管道尺寸：￠42×5

刻度流量：89 kg/h ,常用流量：20 kg/h

工作表压：0.2MPa,温度：20℃

其中刻度流量依据SCR设计说明书，常用流量依据氨区总表测量值。

1.3.2 孔板流量计安装

孔板流量计测量的准确性与现场安装密切相关，当孔板选型确定以后，测量能否达到预期效果在很大程度上取决于现场安装的好坏。在现场安装时重点注意以下几点：

⑴流量计前后管道内壁不能毛刺或锐角突出物，所有焊口都必须用磨光机打磨光滑。

⑵垫片不能太厚，不能突出到内壁中。

⑶为防止有水进入到取压管中，必须在管道水平中心线向上45°~135°取压。

⑷为防止氨气泄漏，一、二次门均采用焊接式针型阀，取消平衡阀门。

孔板流量计安装完成后，取得了很好的效果，测量非常稳定，在喷氨调门开度很小的情况下，仍然能够实现准确测量。与氨区供氨总表比较，测量偏差在10%范围以内。喷氨流量计改造达到了预期效果。

2 喷氨自动逻辑优化

2.1 SCR法基本原理

在SCR中，氨气将烟气中的NO还原为和水，其化学反应方程式为：

由于燃烧的烟气中约95%的NOx是以的形态存在，因而上面第一个反应占主导地位，该反应表明，脱除1mol的NOx需要消耗1mol的。

喷氨流量计改造以后，实现了喷氨流量的准确测量，因此可以按摩尔比例进行喷氨流量控制。控制逻辑见下图：

图2 喷氨调门自动逻辑图

2.2喷氨自动控制方案设计思路

⑴采用主回路和副回路两个调节回路，主回路调节脱硝效率，副回路调节喷氨流量。主回路调节器宜设置最小限幅，副回路调节器比例和积分作用要尽量弱一些，使调节作用尽量平稳。

⑵引入负荷前馈信号，提前响应锅炉变化。

⑶锅炉烟气量采用锅炉负荷对应的理论值，不宜采用实测烟气量，防止流量计堵塞造成测量值大幅波动，进而引起自动指令跳变。

⑷脱硝CEMS分析仪表进行自动反吹时，自动保持当前指令不变。

2.3 喷氨自动调试

喷氨自动投入试运以后，4台机组效果各不相同，有的调节效果好，有的却无法投入自动。经检查发现造成自动调节效果不好的原因主要有：

部分喷氨调门线性不好，阀门通流量过大，调节余量小。

运行值班员手动干预过于频繁，看到脱硝效率低于60%就进行干预，过于注重瞬时效率，实际上脱硝考核效率是小时平均效率，瞬时效率低于考核值是很正常现象。

NH3/NOx摩尔比设定范围不合适，造成实际喷氨量过大。查设计说明书，65%脱硝效率时，NH3/NOx摩尔比为0.67；80%脱硝效率时，NH3/NOx摩尔比为0.82。

针对喷氨调门的问题，根据生产实际调整阀门设计参数，订购新阀门。调整NH3/NOx摩尔比设定范围，从0.8～１.1调整到0.67～0.82，使喷氨量尽量符合设计值。经过努力，喷氨自动取得良好的效果，在SCR进口NOx浓度较大的情况下，仍然能保证脱硝效率相对稳定。

3号炉脱硝A侧SCR数据曲线见下图，时间段为：2012年5月14日8时至2012年5月15日8时