摘要：本文分析了脫硝煙氣分析表計(jì)、煙氣流量測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)噴氨控制的影響，對(duì)煙氣流量場不均勻性影響噴氨效果進(jìn)行探討。通過對(duì)浙江浙能長興發(fā)電有限公司脫硝系統(tǒng)的煙氣分析表計(jì)、煙氣流量測(cè)量裝置優(yōu)化，噴氨格柵調(diào)整及控制模型調(diào)整，從測(cè)量設(shè)備、控制模型、參數(shù)、噴氨格柵等多方面著手來提高脫硝噴氨控制效果。
0引言
長興發(fā)電有限公司4×300MW機(jī)組脫硝工程，采用選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置，在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于70%。
脫硝系統(tǒng)布置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間的位置。煙道分兩路從省煤器后接出，經(jīng)過垂直上升后變?yōu)樗胶?，接入SCR反應(yīng)器。反應(yīng)器為垂直布置，經(jīng)過脫硝以后的煙氣經(jīng)斜煙道進(jìn)入空預(yù)器入口煙道。自投產(chǎn)以來，出現(xiàn)脫硝NOX測(cè)量取樣代表性不夠準(zhǔn)確、煙氣流量測(cè)量不準(zhǔn)、存在噴氨過噴或少噴、脫硝效率過高或過低，SCR出口與煙囪排放口偏差較大等問題，導(dǎo)致影響鍋爐環(huán)保排放控制不夠精確及鍋爐空預(yù)器容易堵塞問題。
為解決存在問題，對(duì)脫硝系統(tǒng)深入分析并提出了解決對(duì)策。利用機(jī)組檢修和調(diào)停機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)、調(diào)整，控制模型優(yōu)化；運(yùn)行時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào)，進(jìn)而取得了較好的效果。
1存在問題及原因分析
脫硝效率過高或過低，噴氨量過高或過低。通過分析，導(dǎo)致脫硝NOX控制不穩(wěn)定的原因有以下幾點(diǎn):
1)煙氣流場流速不均
由于煙氣流場受煙道結(jié)構(gòu)和催化劑、煙氣擋板調(diào)節(jié)、脫硝入口噴氨格柵影響，導(dǎo)致流速不均、煙氣成分分布不均。
2)煙氣NOX測(cè)量取樣點(diǎn)單一，代表性不夠
脫硝基建時(shí)，煙氣NOX測(cè)量取樣布置于煙道本體，并采用直插單點(diǎn)取樣方式，所取樣只代表當(dāng)前截面的某一點(diǎn)區(qū)域。
圖1多點(diǎn)均壓管旁路取樣NOX測(cè)量裝置
3)煙氣流量測(cè)量與實(shí)際偏差大
先期安裝流量測(cè)量設(shè)備為熱導(dǎo)式流速儀。測(cè)量元件為煙道插入式單點(diǎn)安裝，測(cè)量原理是流速儀探桿頭部有長短不一、前后布置的測(cè)溫探針兩支，通過煙氣流經(jīng)探針的先后溫差解算流速、流量。由于單點(diǎn)布置，只代表該點(diǎn)流速代表性低，與實(shí)際平均流速偏差較大，導(dǎo)致流量計(jì)算偏差。同時(shí)該流速儀結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生探桿頭部煙溫探針積垢現(xiàn)象，一旦結(jié)垢將無法準(zhǔn)確測(cè)出流速。
圖2煙氣旁路布置圖和煙道內(nèi)部均壓管布置圖
4)噴氨量測(cè)量裝置截面在受結(jié)晶時(shí)，測(cè)量會(huì)有偏差
噴氨裝置經(jīng)過長期運(yùn)行時(shí)，噴氨量測(cè)量裝置出現(xiàn)微偏時(shí)不宜發(fā)現(xiàn)，但控制長期作用時(shí)所產(chǎn)生的累積誤差將不可小覷。
2改進(jìn)措施
經(jīng)過分析，技術(shù)人員認(rèn)為改善脫硝NOX控制應(yīng)從提高煙氣流場流速均勻性、改善測(cè)量裝置、改進(jìn)控制模型著手，并逐條提出對(duì)策。
1)提高煙氣流場流速均勻性
來自鍋爐省煤器出口的煙氣進(jìn)入脫硝系統(tǒng)煙道，在煙道內(nèi)與經(jīng)噴氨格柵(AIG)噴入的氨氣充分混合均勻后進(jìn)入SCR反應(yīng)器。為提高流場流速均勻性，煙氣進(jìn)入脫硝系統(tǒng)煙道加裝導(dǎo)流板，提高煙氣流速的穩(wěn)定性。對(duì)噴氨格柵進(jìn)行調(diào)整，提高煙氣流場的均勻性。
2)脫硝NOX測(cè)量采用煙道多點(diǎn)均壓管旁路結(jié)構(gòu)，提高NOX測(cè)量代表性
改進(jìn)措施具體結(jié)構(gòu)為脫硝NOX測(cè)量，采用煙道多點(diǎn)均壓管旁路結(jié)構(gòu)，分別在脫硝進(jìn)口水平煙道和出口水平煙道裝設(shè)上下兩根多點(diǎn)均壓管，橫向水平布置，用于在煙道中均勻取樣。取出煙氣引至旁路管道，旁路管道中將煙道上下截面來煙氣再次混合，通過安裝于旁路管中段位置的煙氣取樣探頭抽出送至分析儀表。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行效果良好，儀表NOX數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，煙氣中NOX成分代表性明顯提高。
3)分析小室移位
圖3熱式流量計(jì)和DFAB防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置對(duì)比圖
脫硝煙氣分析小室布置SCR進(jìn)口原煙氣NOX表兩臺(tái)(A\B煙道)，型號(hào)ABB-AO2020，量程(0~600)；SCR出口凈煙氣NOX表兩臺(tái)(A\B煙道)，型號(hào)ABB-AO2020，量程(0~600)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脫硝SCR工作情況。
實(shí)際運(yùn)行中由于脫硝小室布置于鍋爐本體鋼架上，SCR進(jìn)口煙氣小室位于鍋爐7樓34m層，SCR出口煙氣小室位于鍋爐5樓23.6m層。鍋爐鋼架在運(yùn)行過程中，有振動(dòng)及共振現(xiàn)象。個(gè)別小室振動(dòng)幅值較大已接近或超過儀表可承受范圍，對(duì)儀表產(chǎn)生破壞性影響，導(dǎo)致表計(jì)故障頻發(fā)。
同時(shí)SCR出口煙氣小室處于省煤器倉泵同一層，現(xiàn)場設(shè)備漏灰量較大，粉塵污染嚴(yán)重，小室環(huán)境惡劣。嚴(yán)重影響小室環(huán)境因素還有小室結(jié)構(gòu)為簡易房，保溫及密封效果較差，位置又處于鍋爐本體高位四面透風(fēng)無遮擋，夏季太陽光直射疊加鍋爐散熱室內(nèi)溫度高達(dá)50°C~60°C;冬季寒風(fēng)凌冽溫度低至-10°C。
煙氣分析小室依據(jù)國家環(huán)保規(guī)定必須恒溫恒濕，雖然裝設(shè)空調(diào)，但使用效果較差，煙氣分析儀表預(yù)處理系統(tǒng)受干擾較大。
基于上述原因，對(duì)分析小室進(jìn)行移位。拆除原鍋爐本體煙氣監(jiān)測(cè)小室，重新選址鍋爐0m層地面，新建磚混結(jié)構(gòu)小室。同時(shí)將SCR進(jìn)出口小室合并，小室按電子室標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，下部架空放置電纜橋架層。所有機(jī)柜安置于固定槽鋼鋼架上，小室環(huán)形接地并與廠區(qū)接地網(wǎng)聯(lián)通。所有取樣伴熱管及電纜重新施放。
脫硝煙氣分析小室經(jīng)此改造振動(dòng)干擾徹底消除，房間保溫、密封效果顯著提高。小室更換位置后，受到鍋爐電除塵及尾部煙道的遮擋，已無太陽光直射影響。同時(shí)更換空調(diào)，由原小室各裝設(shè)一臺(tái)1.5匹掛機(jī)改為3匹~5匹柜機(jī)，室內(nèi)溫度調(diào)控更加穩(wěn)定。煙氣分析儀表及預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定安全：
a提高煙氣流量測(cè)量準(zhǔn)確性
先期安裝流量測(cè)量設(shè)備為熱導(dǎo)式流速儀。測(cè)量元件為煙道插入式單點(diǎn)安裝，測(cè)量原理是流速儀探桿頭部有長短不一、前后布置的測(cè)溫探針兩支，通過煙氣流經(jīng)探針的先后溫差解算流速、流量。由于單點(diǎn)布置，只代表該點(diǎn)流速代表性低，與實(shí)際平均流速偏差較大，導(dǎo)致流量計(jì)算偏差。同時(shí)該流速儀結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生探桿頭部煙溫探針積垢現(xiàn)象，一旦結(jié)垢將無法準(zhǔn)確測(cè)出流速，需人工拆除進(jìn)行清理，維護(hù)困難。
根據(jù)鍋爐煙道煙氣粉塵大、煙道截面大、風(fēng)道內(nèi)流場極其不均的特性，必須采用防堵性能好、耐磨損、多個(gè)點(diǎn)平均取壓、壓損小的一種風(fēng)量測(cè)量裝置。一般傳統(tǒng)的測(cè)風(fēng)裝置，如機(jī)翼，巴類、文丘里不能滿足這些要求。因而經(jīng)過技術(shù)方案比對(duì)，最終確定使用DFAB型防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置作為脫硝項(xiàng)目煙氣流量測(cè)量裝置的一次元件。改型后的風(fēng)量測(cè)量裝置本身具備的自清灰和防堵塞功能，幾乎沒有壓力損失。加上耐磨涂層，防磨性能好、性能可靠，風(fēng)量顯示穩(wěn)定。目前已經(jīng)在各類型的鍋爐上得到應(yīng)用，成為免維護(hù)產(chǎn)品。防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置基于靠背測(cè)量原理，測(cè)量裝置安裝在管道上，其探頭插入管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，因而迎面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為“全壓”,背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與管內(nèi)風(fēng)速有關(guān)。風(fēng)速越大，差壓越大；風(fēng)速小，差壓也小。因此，只有測(cè)量出差壓的大小，再找出差壓與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就能正確地測(cè)出管內(nèi)風(fēng)量。改造后脫硝風(fēng)量測(cè)量準(zhǔn)確率明顯提升。
b改進(jìn)控制模型，減少中間環(huán)節(jié)對(duì)控制的影響
原控制模型以控制噴氨量為中間變量來最終控制NOX，其控制SAMA圖如圖4所示。
圖4優(yōu)化前脫硝率控制回路
基于其控制原理，必須對(duì)SCR入口NOX、SCR出口NOX、SCR煙氣流量、氨供給流量、氧量任一量都必須準(zhǔn)確，但實(shí)際運(yùn)行過程不可避免地會(huì)出現(xiàn)測(cè)量故障或準(zhǔn)確性不夠的問題。如何避免多重量影響NOX的控制，必須對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行優(yōu)化，合理提取其基本要素，重新整合。
優(yōu)化后NOX控制回路以目標(biāo)NOX為主控回路，從而盡可能避免SCR入口NOX、SCR煙氣流量、氨供給流量測(cè)量對(duì)控制回路的影響，同時(shí)為提高系統(tǒng)模型的快速響應(yīng)，引入到前饋量按系數(shù)折算，從而提高模型的快速性與穩(wěn)定性結(jié)合。
3小結(jié)
經(jīng)過上述措施后，脫硝NOX測(cè)量準(zhǔn)確性及控制穩(wěn)定性得到大幅提高，適合機(jī)組控制AGC調(diào)節(jié)及負(fù)荷大幅擾動(dòng)調(diào)節(jié)。
來源:《儀器儀表用戶》 作者:董宇鳴 楊曉權(quán)
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