SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的負面影響研究
摘要：氮氧化合物NOx是重要的大氣污染物，不僅對人體的神經系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)有一定的損傷，還會引起光化學煙霧、酸雨、臭氧層破壞等，嚴重影響人類身體健康及生存環(huán)境。氮氧化合物NOx主要來自于汽車尾氣、火力發(fā)電、工業(yè)窯爐等尾氣。本文首先闡述了SCR煙氣脫硝工藝，接著分析了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運行方式，最后對優(yōu)化煙氣SCR控制策略分析進行了探討。
引言
現(xiàn)階段，我國較多的燃煤火力發(fā)電企業(yè)在建設鍋爐脫硝裝置以及改造過程中，已經將脫硝噴氨自動調節(jié)系統(tǒng)中存在的自動調節(jié)以及整定等方面的問題確定下來。換言之，脫硝的出口、入口煙氣流量以及濃度波動幅度普遍較大，存在不規(guī)律的情況，這導致火力發(fā)電企業(yè)在供電期間，往往會產生大量污染氣體，不僅嚴重污染外界環(huán)境，也與我國的環(huán)保要求相背離。當前，我國已經提升了NOx的排放標準，使得火力發(fā)電企業(yè)不得不大力提升脫銷效率。
1 SCR煙氣脫硝工藝
選擇性催化還原技術SCR作為一種技術成熟、效果較好的工藝，在煙氣脫硝領域應用廣泛。SCR技術是指：在280~450℃的反應溫度下，以尿素或NH3為還原劑，在特定催化劑的催化作用下將煙氣中的NOx選擇性轉化為N2和H2O。SCR技術的脫硝率可達90%以上，同時SCR技術還具有反應溫度低、運行平穩(wěn)、二次污染少的優(yōu)點。
2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運行方式
該系統(tǒng)其實由兩部分組成：脫硝CEMS系統(tǒng)和還原劑儲存、輸送系統(tǒng)。脫硝CEMS系統(tǒng)可自動檢測NOx的含量或濃度，并將該信號輸送到DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)通過得到的脫硝入口和出口NOx的含量、脫硝煙氣流量將迅速計算出所需還原劑的量并通過調整噴氨調節(jié)閥的開度控制輸送量。其運行操作也是由較為常規(guī)的啟動和停止兩部分組成的。
2.1 系統(tǒng)的啟動
通常情況下SCR系統(tǒng)與鍋爐是同時工作的，反應所用的催化劑要先一步進行加熱。煙氣的升溫速度最好不要超過4℃/min，反應器出入口溫差不能高于10℃。待煙氣溫度高于290℃后，噴氨系統(tǒng)開始工作，依據脫硝CEMS傳輸的NOx含量信號，向反應器中輸送適量的還原劑，系統(tǒng)開始正常運行。
2.2 系統(tǒng)的停止
2.2.1 正常停止
鍋爐開始進入停運狀態(tài)時，機組開始滑壓運行，為了保證脫硝排放不超標，必須嚴格監(jiān)視脫硝入口煙氣溫度，當溫度將要低于290℃時，立即手動打閘鍋爐MFT，防止污染物排放超標。另外，還原劑停止輸送后，催化劑要進行除塵操作，然后用引風機對整個SCR系統(tǒng)進行清理。
2.2.2 特殊情況停止
首先，跳閘停止。如果在運行過程中出現(xiàn)鍋爐跳閘現(xiàn)象，還原劑輸送處會自動停止工作，隨鍋爐一起吹掃完畢。鍋爐重新點火升溫，脫硝入口煙氣溫度高于290℃后，投運SCR系統(tǒng)，整個系統(tǒng)恢復正常運行。其次，高、低溫停止。脫硝催化劑長期工作在高于420℃或290℃以下時，會造成催化劑中毒，喪失活性，所以當反應區(qū)煙氣溫度高于420℃或低于290℃之前，要馬上停止還原劑的輸送，調整鍋爐燃燒，提升鍋爐脫硝入口煙氣溫度，達到規(guī)定值以上，再重新啟動。
3 優(yōu)化煙氣SCR控制策略分析
3.1 優(yōu)化還原劑消耗
通常，SCR脫硝系統(tǒng)中的還原劑主要有三種，即氨水、無水氨和尿素。其中，氨的毒性較強，在一定濃度單位之內還擁有可燃性以及燃爆性。為此，氨往往被認為是一種危險物。這些危險性質的存在，致使火電廠SCR系統(tǒng)運行期間，需對氨采取一種特殊的保護措施。例如，不斷優(yōu)化還原劑，嚴格控制還原劑的整體消耗量，以達到氨保護的效果當SCR脫硝系統(tǒng)啟動并正常投運后，為了達到預期脫硝效果以及其他脫硝技術指標，人們要做好系統(tǒng)控制和參數優(yōu)化等工作。首先，需要定值優(yōu)化。在投入運行后，需按照SCR脫硝系統(tǒng)的整體運行情況，對控制系統(tǒng)設定值、報警限值與吹灰控制時序等的控制參數進行核定與優(yōu)化。其次，對PID控制參數進行優(yōu)化。在噴氨量控制系統(tǒng)中，主調節(jié)器積分最為合適的時間段為300～400s；副調節(jié)器積分時間則在200s左右最為合適。對于氨區(qū)蒸發(fā)器等設備所控制的PID參數，往往需要在現(xiàn)場進行整定和優(yōu)化。另外，SCR出口NOx控制對機組負荷跟蹤性能展開優(yōu)化。當機組負荷出現(xiàn)較大變化時，此時SCR出口NOx的濃度便會出現(xiàn)較大波動，其主要原因在于沒有全面考慮煙氣流量變化給噴氨帶來的影響，此外還有回路參數設計不合理等原因。因此，人們要對控制系統(tǒng)跟蹤參數展開有效優(yōu)化，使得主調節(jié)器處于輸出最小化狀態(tài)。一般而言，主調節(jié)器輸出最小化表現(xiàn)在SCR出口NOx濃度不需要通過PID運算跟蹤機組負荷，這表明前饋回路所計算出來的噴氨量已經最大限度地滿足相關控制要求，可見，主調節(jié)器的輸出最小化便是最為簡單有效的優(yōu)化方案。
3.2 優(yōu)化吹灰系統(tǒng)
火電機組在運行期間，不同位置受熱面積不同，致使其積灰與結渣傾向以及速度等存在較大的偏差，因此不同位置受熱所需要避免的灰沉積對象也存在極大的不同點。定期的吹灰方式是指將不同位置的受熱面不做區(qū)別就展開吹掃工作。該種方法能夠在某種程度上達到吹灰方面的需求，卻缺少合理性和經濟性，所以不同位置的受熱面必須應用不同的判斷方式將吹灰時間確定下來，對吹灰系統(tǒng)展開優(yōu)化，將該系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來。一般而言，鍋爐總煙氣流量的測量主要應用直接測量與間接計算兩種方式。其中，煙氣流量直接測量方式有兩種，一種為利用皮托管配差壓扁送氣的常規(guī)風量測量方式，該種方式在應用期間需要詳細分析煙氣固體顆粒對所檢測的元件防磨防堵要求，考慮測點是否合理，是否能夠代表整個流場進行分布。另一種則通過熱敏原理的測量元件進行測量。雖然熱敏測量元件可以有效解決高溫、防磨以及防堵問題，但是該種方式的測量結果比較滯后，探頭易污等，這給測量結果帶來一定負面影響。因此，使用該方法時需慎重考慮其利弊。通過計算的方式，將煙氣流量計算出來，之后乘以入口NOx濃度和設定值之差，再乘以氨氮摩爾比，所得結果便是氨氣流量。其中，摩爾比主要按照系統(tǒng)所設計的脫硝效率計算得出。在SCR脫硝系統(tǒng)中，最為普遍的問題便是氨逃逸，該問題無法在短時間內得到解決，卻存在可控性，能夠控制在合理范圍內。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均勻。要解決該問題，便需要在投運前，優(yōu)化噴氨格柵，調整每一個噴氨平衡閥，使得SCR反應器進口噴氨平衡閥能夠均衡調整，最終使得SCR反應器進口氨氮處于均勻狀態(tài)，以達到提升SCR出口NOx濃度分布均衡的目的。
結束語：
SCR煙氣脫硝系統(tǒng)已經大量的應用到火電廠中，在降低NOx污染氣體排放量的環(huán)保工作中取得了較好的效果。該系統(tǒng)運行方式較為簡單，但不管是正常情況下的啟動停止還是跳閘或高、低溫造成的臨時停止，其操作都要按照預定的步驟進行，選用合適的應對措施。SCR系統(tǒng)的運行要著重注意對溫度的監(jiān)控，溫度不得當將會降低催化劑活性，影響反應效率。另外，系統(tǒng)運行結束后，清掃工作也不容忽視。
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