（山西鲁晋王曲发电有限责任公司山西省潞城市047500）
摘要：能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，煤炭既是我国的主体能源，又是我国大气中各种污染物的主要来源。随着人们对环保要求的日益严苛，如何解决煤炭开发与利用带来的环境问题已迫在眉睫。本文以某600MW燃煤机组为例，提出了基于全截面烟气参数监测、分区域喷氨控制和大数据多层级控制的智慧脱硝技术，解决了各种复杂工况下的NH3/NOx摩尔比不匹配问题，实现了燃煤电厂的精细化喷氨。
关键词：燃煤电厂；超低排放；智慧脱硝
在燃煤电厂全面实施超低排放改造的条件下，针对燃煤电厂普遍存在的空预器堵塞问题，必须对全截面烟气流速、NOx浓度、NH3浓度进行准确监测，从而准确计算烟气中的NOx含量；采用更先进的控制策略和自动调节手段，进行分区域精确喷氨控制，从根本上解决NH3/NOx摩尔比不匹配的问题，以及由此带来的盲目过量喷氨导致的一系列问题，保证脱硝装置能长期安全、环保和经济运行。
一、SCR脱硝技术
1、SCR脱硝技术原理。SCR是指在O2和催化剂存在的条件下，用还原剂（如NH3、CO或烃类化合物，实际工程中选用NH3作为还原剂）将烟气中的NOx还原为无害的N2和水的工艺。SCR工艺之所以具有选择性，是因为在催化剂的帮助下还原剂优先与烟气中NOx反应，烟气中O2的存在能促进反应发生，而不是被烟气中的O2氧化。脱硝过程的化学反应式为：
4NO+4NH3+O2O2→4N2+6H20（1）
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）
2、SCR脱硝工艺系统。在实际工程应用中，SCR工艺系统可分为两部分。第一部分为反应器区，主要包含反应器（内装催化剂）、氨混合和注入系统；第二部分为氨区，主要包含氨制备系统和储存系统。这两部分通过输送管线连接，从而构成整个SCR反应系统。
二、NOx超低排放存在的问题
1、SCR反应器在高效率下运行时，不仅需要增加催化剂用量，同时对脱硝系统入口NH3/NOx混合均匀性的要求明显提高。
2、增加催化剂用量，会造成催化剂的整体SO2氧化率提高，脱硝系统出口SO3质量浓度增大，加剧空气预热器硫酸氢铵堵塞的风险。
3、将NOx排放质量浓度控制到50mg/m3以内后，日常运行中脱硝系统出口NOx质量浓度波动范围可能在20-50mg/m3，需要避免NOx排放超标和防止过量喷氨。
4、SCR脱硝效率提高，通常会伴随着喷氨量的增加，由此会进一步提高脱硝系统的最低喷氨温度。
5、提高脱硝效率大多采用增加备用层催化剂的方案，从而改变了现有催化剂的设计寿命管理方案，需重新制定催化剂的寿命管理策略。
三、案例分析
本文对某600MW超低排放机组的脱硝入口和出口的流场、NOx浓度场、NH3浓度场进行同步测试。脱硝工艺采用SCR工艺，脱硝装置的NOx脱除率不小于87.5％，脱硝出口出烟气中NOx含量不大于50mg/m3（标干态）。
1、高负荷下流场分析。由SCR脱硝系统A、B两侧入口流速分布可知，在高负荷下A、B两侧的流速分布很不均匀，不均匀度为22％左右。
2、高负荷下NOx浓度场分析。由SCR脱硝系统高负荷下NOx浓度场分布可知，无论是A侧还是B侧，脱硝入口处涡流板后的NOx浓度场分布都相对均匀，A侧不均匀度4.25％，B侧不均匀度9.79％。另外，相比于脱硝入口处的NOx浓度场分布，脱硝出口A、B两侧都出现了严重的NOx浓度场分布不均的情况。A侧不均匀度达到了30.88％；B侧不均匀度达到了82.15％。
3、高负荷下氨逃逸浓度场分析。图1和图2分别为脱硝出口A、B两侧的逃逸氨浓度场分布。A侧逃逸氨平均值0.69μL/L，不均匀度26.71％。B侧逃逸氨平均值5.15μL/L，不均匀度176.57％，局部逃逸氨浓度严重超标。若脱硝装置长期在这种状况下运行，空预器将会出现严重堵塞，同时会影响催化剂的活性和寿命。
图1SCR脱硝系统A侧出口NH3分布图2SCR脱硝系统B侧出口NH3分布
4、高负荷下NH3/NOx。脱硝入口A、B两侧的氨氮摩尔比严重偏离了理论设计范围，同时氨氮摩尔比的不均匀度较高，这对脱硝装置长期稳定和高效运行带来了很大的问题。
四、优化改造方案
脱硝优化改造主要分为四部分：①喷氨支管调门改造；②脱硝入口全截面烟气流量、NOx分析系统改造；③脱硝出口全截面NOx和O2分析系统改造；④分区域自动精确喷氨控制系统改造。
1、喷氨支管调阀改造。目前，单台SCR反应器为12根喷氨支管，每根支管供2个涡流板，整个单侧反应器入口烟道喷氨分成2×6，即12个区。每区2块涡流混合板，对应一路喷氨支管。对每个喷氨支管进行改造，将手动球阀改造为自动调节阀，实现喷氨支管的自动控制。
2、脱硝入口全截面烟气流量、NOx分析系统。在省煤器出口和SCR脱硝入口中间垂直烟道选取合适的部分，用来安装脱硝入口流速及NOx场分布监测系统。烟道截面共12个区域，每个区域中安装2路（共24路）矩阵流量计，每个区域中安装1路（共12路）NOx采样探点。
3、脱硝出口全截面NOx分析系统改造。脱硝出口烟道截面同样划分为12个区域，且每个区域中安装1路（共12路）NOx采样探点。
4、分区域自动精确喷氨控制系统改造。1）通讯网络。SCR脱硝系统分为A、B两侧，以对A侧脱硝全截面在线监测和控制优化改造为例：通过对进、出口CEMS烟气分析系统、喷氨支管调门系统优化改造，并新增一套智慧脱硝PLC控制器，实现对新增的测量和控制信号的采集和操控。2）控制逻辑。母管流量控制由DCS系统按原有控制策略进行统一控制。在确保母管喷氨总量满足要求，同时稀释风机压强和风力均正常情况下，通过计算各支管所对应的喷氨分区实际喷氨需求量占整侧反应器全部需求量总和的百分比来调整各自动调节阀的开度，达到分区域自动调节的目的。
五、结语
总之，由于煤种和负荷多变、流场和浓度场分布不均、监测数据不具有代表性及缺乏控制调节手段等诸多问题，为了实现NOx达标排放或深度减排，盲目过量喷氨导致的空预器堵塞已成为燃煤电厂超低排放的共性突出问题，迫切需要解决。
参考文献：
[1]吴金泉.浅谈SCR烟气脱硝工艺[J].海峡科学，2014．
[2]朱法华.火电厂污染防治技术手册[M].北京：中国电力出版社，2017.
[3]邓辉鹏.燃煤电厂烟气超低排放技术研究[J].华电技术，2016．