600MW火电机组脱硝烟气测量与控制的优化

摘要： 本文采用原位式直测仪表，对某发电企业600MW机组脱硝系统烟道进行分区域实时测量，并优化控制策略，使喷氨调门实时、准确响应锅炉工况变化，解决了局部喷氨过量进而导致的空预器堵塞问题，保证了SCR出口分区内NOx 浓度偏差、氨逃逸指标，减少了能耗与电耗，为脱销测量、控制优化改造提供了新的思路和借鉴。

关键词：分区测量；控制优化；节能降耗

1引言

某发电企业600MW机组的烟气脱硝采用SNCR+SCR工艺，使氮氧化物排放值控制在不高于50mg/Nm³的范围内。

由于实际运行中SCR反应器出口处的NOx分布极不均匀，而原有A、B 脱硝反应塔仅分别在出、入口各设置一套 NOx检测仪表，每侧出口各设一台氨逃逸率在线测量仪表，这样的单点取样不能准确反应系统内各处浓度分布的真实情况。而测点的的滞后性和单一性，再加上自动调节回路控制方式的不完善，影响喷氨控制器喷氨量的准确性，极有可能导致排放瞬时超标。

即使是在喷氨手动调节时，由于煤质及配风方式变化、快速降负荷、启停磨等原因导致脱硝系统入口处NOx的瞬时值突增，加上原有监测仪表存在滞后性严重、响应较差的问题，为满足出口NOx排放指标要求，只能手动加大供氨量，也会导致SCR后的NH3浓度超标。

为准确对SCR脱硝出入口烟道氮氧化物的分布均匀情况进行在线监测，在脱硝系统A、B脱硝反应塔入出口分别新增多套NOx、O2在线测量仪表，实现NOx、O2分区测量，并同步新增NH3测量仪表，在线实时监测氨逃逸量。

2方案的设计与实践

NOx/O2分区测量：将SCR反应器前后烟道均匀划分为多个区域，将NOx/O2分析仪按划分区域直接安装于烟道上，准确实时测量烟道同一截面氮氧化物分布情况，克服传统单点取样在脱硝系统中的弊端；

增设氨逃逸分析仪：在原先每台SCR反应器出口各安装1台氨逃逸分析仪的基础上，在每侧SCR出口烟道增设1台氨逃逸分析仪，实现在线原位式测量出口氨逃逸；

控制逻辑优化：在上述两项措施的基础上，进一步实现喷氨控制逻辑优化，以“喷氨总量控制+分区调平控制”为优化思路，有效控制烟气NOx浓度的排放，降低脱硝出口氨逃逸率，提高机组的经济型和稳定性。

2.1NOx/O2分区测量实施

单侧脱硝反应器入口烟道设置2个NOx/O2测点，双侧共4个测点，共用一套一拖四的分析仪；单侧脱硝反应器出口设置6个NOx/O2测点，两侧共12个测点，两侧分别使用一套一拖六的分析仪。

该仪表集数据采集、运算、控制为一体，由取样单元、控制单元组成，使用多协议方式传递数据。各NOx/O2分析仪同时在线取样、同时测量烟气参数、同时输出监测数据，可有效保证整套系统监测数据实时性、同源性，具有快速响应、检测实时性、检测数据同源性、随动性强等特征。

（1）取样单元：由气体采样装置、传感器模块组、铸铝加热块、辅助加热U型管、取样枪等组成。数据采集传感器通过双室氧化锆测量原理测量全氮，传感器经过预处理后输出毫伏值，达到脱硝装置出入口氮氧化物数据实时的测量和上传的效果；

（2）控制单元：由机柜、数据显示器、智能协议转换器、模拟量输出模块、开关量输出、固态继电器、温控仪、电磁阀等组成；采用嵌入式显示屏，和配套的相关硬件完成数据采集，并将数据采用硬接线及时传入DCS系统。

（3）通讯方式：采样单元通过预处理后测出毫伏值，通过RS232协议将测量数据传至机柜AI采集模块，再通过R485协议传入显示屏，经过数据处理后通过硬接线的方式传入远方DCS系统；

2.2增设氨逃逸率监测装置

该系统在每侧出口烟道增设1台进口氨逃逸分析仪，仪表采用可调谐二极管激光光谱法技术，实现在线原位式测量出口氨逃逸。

该氨逃逸率监测装置由发射接收单元、测量探头、烟道安装带管法兰、计算单元组成。发射接收单元的可调谐激光二极管发射的光通过烟道，再由探头另一方的三棱镜反射，特定的波长被吸收后回到接收单元，经光电转换，数字化处理，得到精确的被测气体浓度。

2.3控制逻辑优化

该系统多个分区测点采用硬接线方式接入DCS，在DCS中编写整套系统控制逻辑。控制系统采用两级协调配合控制方式，第一级为喷氨总量优化控制，在总量控制的基础上，进行SCR分区喷氨调平控制，可全面提升喷氨控制的品质。

2.3.1总量控制系统

控制理论基于串级PID加前馈的控制方法，设定值为出口NOx浓度。控制的主调节输出数据和控制器采集的相关数据运算后得出副调节的给定值，副调节给定值为供氨流量调节信号。

入口NOx浓度与出口NOx设定值之差除以入口NOx浓度得到理论脱硝效率，作为串级主调PID的设定值。入出口NOx浓度差除以入口NOx浓度得到实际脱硝效率，作为主调PID的测量值。实际效率和主调PID输出叠加后生成校正效率值。

再通过脱硝入口NOx浓度、脱硝效率、烟气流量、氨氮摩尔比等参数得到理论计算氨气需求量信号，理论喷氨需求量作为副调PID控制器的设定值，与实测的氨气流量信号比较，由PID控制器经运算后发出调节信号，控制SCR入口氨气流量调节阀的开度，以调节喷氨量。

2.3.2分区调平控制

对烟道喷氨格栅支管进行拆分重组，单侧烟道分为6个分区，每个分区增设一个气动调节阀，在喷氨总量控制基础上，调整各分区的喷氨量，来避免因局部喷氨过量或不足引起出口氮氧化物浓度场不均匀的问题；各分区具体控制方式为：分区测点实测值与本侧烟道6个测点的平均值做对比计算偏差值，偏差值输入至PID进行运算，作用到该分区气动调节阀进行调整开度。

3实施效果及预期经济性

3.1提升了喷氨准确率

（1）实现各测点在任何工况下均在线同时测量，互不干扰，相互独立完成烟气采样、分析。从烟气采样、分析、到数据上传至DCS显示总时间小于3s，完全解决了监测数据的滞后性问题，为脱硝系统实现真正精准喷氨控制提供必要条件；

（2）通过喷氨逻辑优化，实现不同工况负荷段，SCR出口分区内NOx能长期处于稳定水平，且NOx浓度最大偏差＜10mg/m3，满足SCR出口氨逃逸＜3ppm，减少欠喷和过喷的问题；

3.2减少空预器堵塞问题

按照空预器堵塞后差压上升300Pa考虑，电机及风机效率按88%考虑，600MW机组风机电耗增加量相比于本次改造引起的电耗的净增量为296kW。按机组年可利用小时数5500小时，上网电价0.332元/kWh计算，年增加电耗成本54万元。

3.3减少尿素消耗量

相比不设分区域测量分析仪系统，改造后以满负荷状态、脱硝入口NOx浓度611.5mg/Nm3、出口40mg/Nm3计算，每年节省2%还原剂用量，每年可节约还原剂费用约34.4万元。

4总结

本文对脱硝烟气测量和控制系统的精准性进行研究，对烟道多区域氮氧化物分布情况进行独立同步监测，并以此为基础对喷氨调节回路逻辑进行优化，使脱硝出口NOx浓度分布的监测能力和精准喷氨的效果大有好转，保证了烟气排放指标，也降低了尿素的使用量，有效减轻或消除空预器、除尘器及引风机叶片污染、堵塞的问题，提高空预器换热效率、降低引风机能耗，为电厂带来良好的经济效益和社会效益。

参  考  文  献

[1]陈栓俊，张久龙，祝朝阳，等.适用于燃煤锅炉的SCR烟气脱硝喷氨技术研究[J].化学工程师，2024，38（06）.

[2]李茂清，贾佐梓.SCR脱硝分区喷氨影响因子研究及优化[J].科技创新与应用，2024，14（14）.