火电机组SCR烟气脱硝氮氧化物控制系统

刘文平1，秦浩宇2，张神举2，景杰1

（1. 华北电力大学，河北保定 071003；2. 山西漳山发电有限责任公司，山西长治 046021）

摘要：随着国家环保要求标准的不断提高，火电厂烟气脱硝已成为未来国家环境治理的重点工作，选择合适的NH3喷淋量控制方法，对火电厂脱硝效率、投资及运行成本都有较大影响。介绍了漳山电厂2×600MW机组脱硝系统氮氧化物控制及其在DCS系统中的实现方式，通过对反应器入口和出口烟气中NOx含量来确定所需的氨气流量，能合理控制系统效率，防止过度脱氮并减小氨的逃逸，使得系统运行更为经济。关键词：控制系统；烟气脱硝；氮氧化物；DCS系统

中图分类号：X 773 文献标志码：A 文章编号：1002-1140（2013）04-0065-03

Nitrogen Oxides Control System of SCR Flue Gas Denox in the

Thermal Power Unit

LIU Wen-ping1, QIN Hao-yu2, ZHANG Shen-ju2, JING jie1

(1. North China Electric Power University, Baoding 071003; 2. Shanxi Zhangshan Power Plant Co. Ltd, Changzhi 046021)

Abstract：With continuous improvement of national environmental standards, flue gas denox has become an important environmental task in the future. Choosing proper control method for NH3 spray greatly affects the denox efficiency, investment and operating costs of thermal power plants. Nitrogen oxides (NOx) control unit of denox system of Zhangshan power plant 2×600 MW generating set and its realization in DCS system are introduced. The amount of ammonia gas ? ow

ue gas. The system ef? ciency can be controlled properly can be determined by the NOx contents of reactor inlet and outlet ?

to prevent excessive nitrogen and reduce ammonia escaping. The system will operate more economical.Key words：control system; ? ue gas denox; nitrogen oxides (NOx); DCS system

0 引言

目前，控制燃煤火电机组氮氧化物（NOx）排放量可以采取两种措施[1]：一种是控制煤粉在炉膛内燃烧产生的NOx量，即低NOx燃烧技术；另一种是对煤粉燃烧产生的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。尽管低NOx燃烧技术成本及维护费用较低，但因技术限制，对NOx脱除率一般都不超过60%，不能满足污染物排放标准。烟气脱硝技术就是对烟气进行脱硝处理，使烟气中有害的氮氧化物转化为氮气和水，该技术费用较高但

脱硝率令人满意，其中SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)脱硝因其技术成熟、脱硝率高、几乎无二次污染，在国内得到广泛应用。

1 SCR脱硝技术

1.1 基本原理

SCR法脱硝[2]，是在一定温度和催化剂存在的条件下，利用还原剂有选择地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的氮气和水，还原剂可以是

技术

氨、碳氢化合物、一氧化碳、氢气等，工业应用的还原剂主要为氨，因为在这种情况下NOx脱除效率最高[3]。以氨为还原剂的SCR反应化学式如下，反应原理如图1所示。

4NO+4NH3+O2→5N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O 6NO2+8NH3→7N2+12H2O

图1 SCR法还原NOx原理图

1.2 工艺流程

SCR脱硝系统主要由两个部分组成，一部分是脱硝反应器，另一部分是还原剂供应系统，即氨储罐，SCR脱硝工艺流程图如图2所示。脱硝反应器的主要设备安装在锅炉的尾部区域，在这里通过还原剂将烟气中的NOx去除。液氨经蒸发后，气态氨在氨/空气混合器中与空气进行混合，然后送入到SCR反应器内与NOx在催化剂的催化作用下发生化学反应，生成N2和H2O，达到脱硝的目的。

的软件模块，称之为功能码，通过组态功能码实现控制功能的选择和相互配合。漳山电厂脱硝控制系统直接接入机组DCS控制系统，由运行人员通过PGP操作系统进行控制，所有控制逻辑由Conmposer组态完成。2.2 氮氧化物控制系统

SCR脱硝技术不管采用何种控制系统，其最终目标就是在保证完成NOx脱除率的前提下，使催化剂的寿命最长、氨的逃逸最少、空气预热器上的沉积物和腐蚀最小。因此，采用合理的控制策略就成为提高SCR系统可用率的关键，其主要控制对象有以下四个方面：合适的氨气和烟气反应温度；适当的NH3输入量（即流量）；较高的催化剂活性；恰当的反应烟气和催化剂接触时间。其中适当的NH3流量控制是重中之重。

目前，常见的NH3流量控制方式共分为两种：一种是固定NH3/NOx摩尔比来确定所需的氨气流量，一旦脱硝效率确定，则NH3/NOx摩尔比通过实验曲线即可得知，反应器入口NOx浓度和烟气流量的乘积得到NOx流量信号，此信号乘以所需NH3/NOx摩尔比就是所需氨气流量；另一种根据反应器入口和出口烟气中NOx含量来确定所需的氨气流量。前者控制方式控制回路简单，易于调整和实现，但控制效果较差，会出现过度脱氮或氨的逃逸，增加运行成本；后者控制方式增加了系统稳定性，使得系统运行更为经济，但控制逻辑较为复杂，增加了系统调试和整定的困难。

漳山电厂脱硝系统采用第二种控制方式，该脱硝系统分为两部分：SCR本体部分和氨区部分。脱硝装置本体部分系统如图3所示，由烟道、两个对立SCR反应器（A侧反应器、B侧反应器）、催化剂、氨喷射系统、脱硝装置灰斗、吹灰及吹灰控制系统、氨供应系统等组成。脱硝系统正常运行情况下，氨气流量通过A、B两侧的CV1和CV2气动调门进行调节，通常CV1处于关闭状态，CV2处于自动调节状态。

图2 典型火电厂烟气SCR脱硝工艺流程图

2 SCR脱硝控制系统

SCR烟气脱硝控制系统主要包括氮氧化物控制系统、吹灰控制系统、烟气测量系统等，其中氮氧化物控制系统为主要控制系统，下面介绍基于DCS控制系统的实现方式。2.1 DCS系统介绍

漳山电厂600MW机组DCS系统使用ABB提供的SYMPHONY控制系统，其逻辑组态软件为Composer，该软件提供了一系列完成不同功能

图3 SCR系统图

66技术

刘文平等：火电机组SCR烟气脱硝氮氧化物控制系统

以单侧SCR反应系统为例，通过热控仪表测量获取的信号包括：

(1) 反应器入口氮氧化物含量A(2) 反应器出口氮氧化物含量B

(3) 氨\空气混合器入口NH3流量E由混合器入口NH3温度和压力计算得到

(4) 总烟气量根据总风量计算得到

NH3/NOx摩尔比根据反应器出口氮氧化物含量B和反应器出口氮氧化物设定值计算得到，具体如图4所示。

增加当CV2开度大于95%时，触发PID闭锁增信号，同时发出报警信号通知运行人员及时进行手动干预，较好地解决了上述问题。

4 结论

随着国家对大气环境污染物排放标准的日益严格，火电厂烟气脱硝技术将得到广泛的应用。本文以漳山电厂脱硝系统为例，介绍了SCR法烟气脱硝技术基本原理以及氮氧化物控制方式，并解决了实际投运过程中存在的问题。

参考文献：

[1] 苏亚欣，毛玉如，徐璋. 燃煤氮氧化物排放控制技术

图4 NH3/NOx摩尔比计算框图

[M]. 北京：化学工业出版社, 2005.

[2] 贾双燕，路涛，李晓芸，宁献武. 选择性催化还原烟气

根据NH3/NOx摩尔比，反应器入口氮氧化物含量A和总烟气量计算得到NH3

流量的设定值

G，

然后根据氨

\空气混合器入口NH3流量E，计算得到CV2阀门开度，如图5所示。阀门CV2在自动情况下，依据计算得到的开度来对氨气流量进行调节。

脱硝技术及其在我国的应用研究[J]. 电力环境保护，2004, 20(3): 9-21.

[3] 王斌. SCR脱硝技术及其在燃煤电厂中的应用[J]. 电力

科学与工程, 2003, (3): 61-63.

收稿日期：2013-02-21作者简介：

刘文平（1970），男，汉族，山西朔州人，高级工程师，现就读于华北电力大学控制工程专业，工程硕士，主要研究方向为控制理论及其在过程控制中的应用，liuwenping@

图5 CV2阀门开度计算框图

3 存在问题及解决方法

在漳山电厂脱硝系统调试过程中，发现随着入炉煤质的变化，当反应器入口烟气中NOx含量较高时，为了保证反应器出口NOx含量达到设定值，CV2阀门会达到全开状态，甚至会出现即使阀门全开仍无法降低反应器出口NOx含量的情况，随之就会出现PID积分饱和现象，导致当反应器入口烟气中NOx含量降低时积分饱和无法及时消除，造成系统不稳定，从而造成氨流量过大而出现氨逃逸。

为了避免上述问题的出现，在控制逻辑中

zsepower.com.cn ；

秦浩宇(1984)，男，汉族，山西长治人，工程师，中南大学控制科学与工程专业硕士研究生，主要研究方向为控制理论及其在过程控制中的应用，qinhaoyu@zsepower.com.cn；

张神举（1981），男，汉族，山西朔州人，高级工程师，武汉大学工业工程专业工程硕士，主要研究方向为控制理论及其在过程控制中的应用，zhangshenju@zsepower.com.cn ；

景杰(1982)，男，汉族，山西运城人，工程师，现就读于华北电力大学控制工程专业，工程硕士，主要研究方向为控制理论及其在过程控制中的应用，158870400@qq.com。

（责任编辑齐正平）

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