350MW机组脱硝系统及其控制方案浅析

【摘要】新疆石河子天富热电厂2×350MW国产超临界参数燃煤汽轮发电机组同时采用东锅选择性催化还原技术的烟气脱硝装置，于 2014年底两台机组烟气脱硝装置投入运行。本文详细介绍了新疆石河子天富热电厂的烟气脱硝技术的原理、工艺流程及其控制方法。

【关键词】选择性催化还原法（Selective catalytic reduction，简称SCR）；系统原理；工艺流程；仪表和控制系统

1 系统原理

脱硝原理采用选择性催化还原方法，该反应发生在装有催化剂的反应器里，烟气与喷入的氨在催化剂的作用下反应，实现脱出氮氧化合物。烟气中的氮氧化合物通常由95%的NO和5%的NO2组成，它们通过以下反应转化成水和氮气。

4 NO+4 NH3+ O2 ->4 N2+6 H2O

4NH3+2NO2+O2->3N2+6H2O

1 NO2+1 NO +2 NH3->2 N2 + 3 H2O

NOX的转化率由如下公式表示：

ηNox ― 脱硝效率% NOxin ― 反应器进口NOx浓度 NOxout ― 反应器出口NOx浓度

2 工艺流程简单介绍

本工程脱销装置主要由两个系统组成，一个是SCR系统，另一个是还原剂供应系统，即氨供应系统。SCR子系统的主要设备位于SCR区域，即锅炉尾部区域。氨供应系统主要设备位于电厂东北部位还原剂制备区域。氨供应系统制备的气态氨经沿厂区管架的气态氨管道送入位于SCR区域的氨/空气混合器与稀释空气混合后，由AIG系统注入到SCR入口烟道中。

2.1 SCR系统

烟气在锅炉出口处被平均分成两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有两个反应器，在反应器里烟气向下流过均流器、催化剂层，随后进入回转式空气预热器、静电除尘器、引风机和FGD，最后通过烟囱排入大气。

SCR 系统包括：烟气系统、触媒系统。烟气系统主要包括稀释风机、氨/空气混合器，氨流量控制阀，喷氨关断阀，喷氨格栅等。气态氨来自公用系统氨制备区，与稀释风机提供的空气按照一定的体积比例通过氨/空气混合器混合后经过喷氨格栅注入反应器，为脱硝工艺系统提供还原剂。稀释风机为两用一备；喷氨格栅包括喷氨母管、喷氨支管，每根支管上装有手动流量调节装置，其作用为粗调进口烟道截面上的喷氨浓度分布。喷氨检测装置为每个反应器一套，主要由1 个喷氨流量控制阀和1 个喷氨关断阀组成，用于控制系统的喷氨量。触媒采用蜂窝式催化剂，主要活性成分为TiO2和V2O5，少量的WO3。本工程催化剂层按2+1层，即2层催化剂设计层加1层催化剂预留层，每层设置2台吹灰器。

2.2 氨供应系统

液氨用罐车运到现场，通过氨卸载装置卸载到液氨贮罐中。贮罐中的液氨送到蒸发器中蒸发产生气态氨。氨卸载压缩机抽取氨贮罐中的氨气，经压缩后将槽车的液氨推挤入液氨贮罐中。两个贮罐互为备用设计。液氨进入蒸发槽，使用压差和液氨自身的重力势能实现。本工程有两个液氨泵，仅用于当冬天室外气温极低时作为液氨罐向蒸发器供氨液用。氨泵设计为一用一备。

本工程液氨蒸发采用电加热器来提供热量，加热介质为乙二醇。蒸发器出口氨气管道上装有压力控制阀和流量调节阀，使进入烟道的氨气压力控制在一定范围内。蒸发器上装有压力和温度测量装置，使加热介质的温度维持在一定范围，确保液氨转变为气态。蒸发器装有通风阀。

气态氨与被加热后的稀释空气在混合器AIG系统稀释后，经氨注射栅格注入SCR反应器入口前的烟道中。喷射系统设置手动阀和孔板流量系统用于在调试运行期间进行调节，使每个喷嘴的氨流量达到运行要求。

在氨供应区的储罐区域、蒸发区域和卸载区域均布置有氨气泄漏检测器。，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。

在氨制备区设有排放系统，使液氨储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池，再经由废水泵送到废水处理站。

氨罐冷却喷淋水的排放与事故状态下废氨水等排入采用合流排入，共用一个排放系统。

3 仪表和控制系统

3.1 总体控制方案

SCR系统作为单元机组DCS系统的一个子站分别纳入到单元机组DCS系统进行控制，还原剂存储、制备、供应系统则作为公用DCS系统的一个远程I/O站纳入到公用DCS系统进行控制。公用DCS和单元机组DCS之间通过冗余的光纤通讯连接。整个脱销不设单独操作员站和工程师站，运行人员直接通过集控室中单元机组DCS操作员站完成对脱硝系统参数和设备的监控，氨制备区的监控在公用DCS上实现。

3.2 仪表和控制逻辑

3.2.1 氨供应系统仪表和控制逻辑

每一贮罐配有一个磁翻板液位计，在就地显示和单元机组控制室DCS 显示控制屏上显示氨罐液位参数，在DCS进行高位和低位保护。

蒸发器配有检测热媒（乙二醇水溶液）液位计，通过DCS来进行控制和保护。每个蒸发器出口装有液氨液位计，当液位低于50mm 时，DCS 控制终端屏上将报警；当液位高于500mm 时，DCS 控制终端屏上将报警，并自动关闭蒸发器。蒸发器配有检测热媒（乙二醇水溶液）热电阻用于温度的控制，DCS 通过PID 调节自动控制热媒温度为60℃。蒸发器配有热媒（乙二醇水溶液）温度开关，用于蒸发器热媒的超温度保护。蒸发器出口氨管道上安装有检测氨气温度的热电阻，当温度低于0℃或高于48℃，DCS 控制终端屏上将报警。蒸发器出口氨管道上安装有检测氨气压力的压力变送器， DCS 控制终端屏可以设定报警值。每个蒸发器出口安装有自力式压力调节阀，以确保供应SCR 的气态氨具有恒定的压力。压力调节阀出口亦设有压力开关，当检测到压力分别低于或高于设定值时，DCS 控制终端屏上将报警，并自动关闭蒸发器的气态氨供应即关闭出口阀。

从蒸发器出口压力调节阀流出的气态氨经管线分别进入氨流量监测段，入口氨气压力由分别由压力表就地指示，流量、温度和压力分别由孔板流量计、热电阻、压力变送器检测，这些数据由AI 信号输入DCS。由DCS采取相应的压力补偿或温度补偿，提醒操作人员采取措施。

进入氨注射栅格氨/空气混合物中氨浓度设计为不超过5%（体积百分比）。氨气流量由闭环控制系统控制，流量计测得的流量经温度和压力修正。作为工艺控制数据进入DCS 的氨气PI 流量控制器。DCS 根据SCR 反应器出口的NOX检测值和设定值间的差值计算需要增加的气氨流量，再加上流量计测得的流量与稀释空气流量比较和计算氨的浓度，确保没有超过准许最大氨的浓度设计值（10%）。如果比较结果合格，PI 控制器计算阀门控制变量并控制流量调节阀的开度。

氨流量关断阀按厂家及规范的要求在DCS上实现自动联锁保护，如果氨流量关断阀自动联锁关闭，DCS 将关闭信号传给氨流量开断阀，维持关闭状态。

3.2.2 SCR 反应器仪表和控制逻辑

烟道上设置必要测点用于SCR 反应的监测和控制，主要如下：

SCR 入口NOX：每个反应器入口烟道（AIG 前）设置一个NOX测点，用于监测SCR 入口NOX浓度。

反应器入口温度：每个反应器入口烟道设置有温度监测点，用于监测SCR 入口温烟气温度。

反应器出口温度：每个反应器出口烟道设置有温度监测点，用于监测SCR 出口温烟气温度。

SCR 出口NOX：每个反应器出口烟道（AIG 前）设置一个NOX测点，用于监测SCR 出口NOX浓度。

反应器进出口（催化剂）差压：每个反应器安装有催化剂进出口的差压计。

反应器出口O2 浓度：每个反应器出口设置一个O2 测点以测量烟气中的O2 浓度，用于NOX 测量值的修正。

每个反应器进口NOX。

出口NOX 和出口O2 的测量采用一套ULTRAMAT 23 多组份分析仪。NOX 的测量采用多组份红外分析法；O2 组分的测量采用电化学分析法。

当SCR入口烟气温度大于400℃或小于315℃时，DCS 将在终端屏发出警报信息；当入口烟气温度大于430℃或小于310℃时，DCS 将在终端屏发出警报信息的同时，自动关闭SCR 的氨供应，即关闭相应的气氨关断阀。反应器出口NOX 浓度