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1、深度脱硝精准喷氨控制系统介绍目录一、研究技术背景及现状21.1、技术背景21.2、国内外研究现状3二、总体方案4三、技术特点介绍63.1、流场模拟63.2、测量系统73.2.1、分区同步测量系统73.2.2、TDLAS氨逃逸测量系统113.3、控制系统123.3.1、总量控制系统123.3.2、智能喷氨格栅均衡脱硝控制163.4、执行结构设计18四、项目投资估算/概算明细表错误!未定义书签。五、经济性分析错误!未定义书签。5.1 减少喷氨量错误!未定义书签。5.2 提高催化剂的使用寿命错误!未定义书签。5.3 减少空预器检修费用错误!未定义书签。5.4 降低引风机功耗错误!未定义书签。5.5
2、合计经济效益错误!未定义书签。六、应用效果错误!未定义书签。6.1、神华三河电厂2号机组精准喷氨优化改造运行结果错误!未定义书签。6.1.1、总量控制效果错误!未定义书签。6.1.2、分区均衡控制运行效果错误!未定义书签。6.1.3、各机组脱硝出口NOx浓度比较：错误!未定义书签。6.1.4、经济效益错误!未定义书签。6.1.5、性能测试报告错误!未定义书签。6.2、京能京宁电厂2号机组脱硝喷氨优化控制改造效果错误!未定义书签。6.2.1、脱硝总量优化效果错误!未定义书签。6.2.2、脱硝分区均衡控制改造效果错误!未定义书签。6.2.3、投运前后氨用量对比错误!未定义书签。6.2.4、性能测试
3、报告错误!未定义书签。6.3、国信靖江电厂1号机组喷氨预测与均衡脱硝SCR-NH3优化控制改造效果错误!未定义书签。6.3.1、喷氨总量优化改造效果错误!未定义书签。6.3.2、均衡脱硝控制效果错误!未定义书签。6.3.3、经济效益分析错误!未定义书签。6.3.4、性能测试报告错误!未定义书签。七、使用业绩错误!未定义书签。一、研究技术背景及现状1.1、技术背景随着中国环保要求的日益严格以及执法力度的加强，NOx的排放问题越来越受到国家环保部门和公众的重视，燃煤锅炉NOx深度脱除控制势在必行，而选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术是迄今为止脱除燃煤烟气中NOx最有效的方法之一。然而在基于钒钛型
4、催化剂脱硝技术应用以来，一些可能影响环保指标的棘手现象更加凸显。目前脱硝系统主要存在以下问题：1、由于NOx测量的时变性和滞后性，传统PID控制依靠NOx目标值与设定值偏差来指导喷氨阀调节开度总会产生延迟，这种现象容易导致机组工况大幅变化时SCR出口NOx波动剧烈，从而引起环保考核。为避免上述情况的发生，电厂运行人员只能依靠“过量”调节使喷氨量尽可能跟上炉膛燃烧产生NOx量，维持氮氧化物不超标，但这种方式会拉低NOx出口小时均值，带来运行经济性和环保的压力。2、由于烟气浓度场、速度场分布不均匀以及喷嘴堵塞、催化剂中毒等情况的存在，以单一喷氨调阀为主的分布式格栅无法针对流场特性精细化喷氨，此种方
5、式将引起局部区域氨逃逸偏大。逃逸的氨气与烟气中三氧化硫和水反应生成具有高粘性和腐蚀性的硫酸氢铵，在上游粘结在催化剂表面影响脱硝效率，在下游引起空气预热器腐蚀和堵塞，导致引风机不安全运行，造成电耗增加和安全性降低。此外，由于出口NOx不均匀性的问题，作为参与闭环控制的唯一点出口NOx浓度无法代表整个反应器截面氮氧化物的浓度值，也对脱硝控制的品质产生不利影响。因此，如何跟踪炉膛燃烧变化进行喷氨量预测的提前干预，解决SCR出口NOx波动幅度过大以及提高SCR出口氮氧化物的均匀性，实现分区域精细化均衡喷氨控制是现阶段脱硝系统面临的亟待解决的两大问题。1.2、国内外研究现状国内外目前的研究主要集中在SC
6、R装置流场优化方面，主要运用CFD数值模拟和实验研究等手段，通过在流场拐弯处设置导流板、在催化剂上游设置整流装置以及AIG分区等具体措施，提高SCR装置的流场均匀性和其中的NH3、NOx分布的均匀性。SCR的流场优化后能在一定程度上降低出口NOx分布偏差，但该技术路线存在很大的局限性：（1）没有考虑入口本身的不均衡性无论是数值模拟方法还是实验方法，均是在入口流场稳定均匀的边界条件下取得的。而实际的流场中，入口位置的流场分布本身就是不稳定且不均匀。（2）无法适应工况的变化结构优化方案一旦实施，很难进行在线调节。不能针对锅炉负荷、燃烧状况引起的流场和NOx分布的变化，采取最优的措施。（3）缺乏广泛
7、适应性无论是数值模拟方法还是实验方法，均是针对某一固定的装置结构。当装置结构发生变化后，原方案不再适用。长期以来对SCR脱硝系统的研究主要集中在其物理原理、设备结构和运行方式方面，有效脱硝自动控制策略的研究尚少，而事实上脱硝系统的自动控制品质与电厂的长期运行成本密切相关。由于脱硝被控对象（NH3流量-烟囱入口NOx浓度）的响应纯延迟时间较长，在机组快速升降负荷的情况下，氮氧化物从炉膛燃烧产生时起至被检测时整个过程长达数分钟，是典型的大滞后被控对象，而且SCR脱硝过程本身就是一个复杂的非线性化学反应过程，脱硝被控过程的动态特性会持续变化。因此，采用简单的PID控制方案很难取得理想的控制品质。对于
8、装置氨喷射系统控制方面的研究，也主要集中在对现有的控制系统进行优化。比如：（1）2009年三河电厂在脱硝控制中，引入负荷前馈，增强变负荷时控制系统的及时性，以及整定控制器中的比例积分控制参数，使得出口氮氧化物的浓度随着负荷的变化而变化，从而增强变负荷时控制系统的稳定性；（2）对装置氨气喷射控制系统控制方法的研究，依靠建立严格的数学模型应用现代控制理论的方法优化喷氨过程，此种方法不适合工程实际应用。（3）应用混结构径向基函数神经网络方法控制氨喷射系统中的喷氨量，通过建立氨氮比和进出口NOx的广义数学模型，此结构具有一定的动态调整能力，但是隐含层的神经元个数选择为固定值，不能保证所选择的隐含层个数
9、是最优值。（4）基于模型来预测控制氨喷射系统的喷氨量，但釆用的是几个固定负荷点上的数据来建立模型，与控制系统实际运行情况存在较大偏差。二、总体方案脱硝精准喷氨控制技术首要完成的任务是对原脱硝系统进行流场分区优化改造思路为对原烟道进行合理分区，并结合脱硝NOx分区多点同步测量及主回路的前馈预测控制等技术手段，对喷氨量进行精准控制，然后通过分区内的进一步混合，实现还原剂与氮氧化物的充分接触，从而实现氮氧化物的高效脱除。总体实现方案分为三大部分：先进测量系统、先进控制系统和执行机构。测量数据直接上传到DCS,而执行机构，包括新增加的分区调节执行结构，都直接接受服务器的指令。实施控制算法策略的优化服务
10、器通过OPC或者MODBUS与DCS通讯。先进测量系统包括：NOx分区测量系统和精确氨逃逸测量系统。先进控制系统包括：喷氨总量先进控制系统和智能喷氨格栅均衡控制系统。执行机构是指喷氨格栅分区与自动控制装置。图1-1整体方案示意图改造预期目标(1) 在催化剂活性满足要求的前提下，每侧烟道脱硝出口NOxW35mg/Nm3(稳态指标)；NOx动态波动范围W7mg/Nm3(CCS及AGC变负荷动态指标)；(2) 优化后的自动控制系统投运后，任一烟道氨逃逸3mg/Nm3或氨逃逸至少相对降低30%；(3) 稳态工况下，每侧烟道任一分区的NOx与该侧烟道平均NOx的偏差不高于20%；出口NOx空间分布不均匀
11、度长期不高于20%。三、技术特点介绍脱硝精准喷氨控制技术具有以下优势：（1）先进NOx分区测量系统：采用稀释法+化学发光法进行分区测量，具有测量精度高，维护量低，可靠性强等特点。（2）专门的喷氨分区方案：根据每个电厂的SCR流场形态，制定专门的分区方案。（3）喷氨总量控制系统：该控制系统引入NOx入口软测量技术，预测入口NOx浓度变化情况，解决了入口NOx测量滞后的问题；并且通过试验得到不同负荷下的SCR反应器的传递函数，进而有针对性的实施控制算法模型，该算法具有自动学习功能，可以实现模型的在线自动更新，不需要定期进行人工维护。（4）智能喷氨格栅均衡控制系统：能够根据分区测量数据，自动进行均衡
12、控制。3.1、流场模拟本技术方案的流场模拟目的是对原脱硝系统进行流场分区。流场模拟的思路为对原烟道进行合理分区，通过在合适位置布置分区导流板或混合器，首先提高喷氨格栅前流场均匀性，并结合脱硝NOx分区多点同步测量及主回路的前馈预测控制等技术首段对喷氨量进行精准控制，然后通过分区内的进一步混合，实现还原剂与氮氧化物的充分接触，从而实现氮氧化物的高效脱除。流场模拟采用数值模拟试验（CFD）方法进行。CFD模拟的对象是从省煤器出口到空预器入口的烟道，依据实际尺寸，加入喷氨格栅、导流板、整流格栅等，模型如图3-1所示。NH3从喷氨格栅喷入进口烟道与烟气进行混合进入SCR反应器，在导流装置和整流格栅的作
13、用下烟气在各层催化剂表面均匀分布，在催化剂的作用下NH3与烟气中的NOX发生催化还原反应生成H2O和N2,脱硝后的烟气由SCR反应器出口烟道进入空气预热器等下游设备。三维CFD数值模型尺寸与实际SCR反应器尺寸相同。图3-1SCR模型及参考面分布示意图根据工程的实际运行环境，在满足工程要求条件下，为便于模拟计算，对该SCR系统内烟气状况作如下假设和简化：（1）将烟气视为不可压缩牛顿流体，定常流动；（2）忽略装置漏风的影响，烟气中各组分近进行扩散，不发生化学反应；（3）考虑到两个反应器是对称性，CFD模型只模拟单侧的一个反应器；（4）在CFD模型中安装改变流场的导流板、整流层等；但忽略一些对流场
14、影响较小的内部构造（构架，梁等），暂不考虑灰分对流场的影响；（5）导流板的厚度相对烟道尺寸较小，模拟时假设其厚度为零。3.2、测量系统3.2.1、分区同步测量系统（1）、稀释法取样技术原理稀释取样技术：利用文丘里与音速小孔的配合，将烟气用洁净的压缩空气进行一定比例的稀释。文丘里效应：一定压力的压缩空气经过文丘里喷嘴，将势能转化成动能，产生高速流动的气流，高速流动的流体附近会产生低压，从而产生抽吸作用。图3-2稀释取样示意图音速小孔的恒流特性：当小孔前后存在一定压差，流体流经孔板，对于一定的孔径，流经孔板的流量随着压差增大而增大。但当压差超过0.46倍（称为临界压差）时，流体通过孔板缩孔处的流速
15、达到音速。这时，无论压差如何增加，只要孔板上游的压力保持一定，流经孔板的流量将维持在一定数值而不再增加。实验室测得当绝对压力小于55Kpa时，音速小孔会有稳定的流量。经过对文丘里的调试，使压缩空气压力在0.2-0.3Mpa时，文丘里真空室产生最低负压，且负压小于55Kpa，此时烟气流量稳定。当进气压力固定时，进气流量是一个稳定值，进而保证了稳定的稀释比。稀释探头典型的稀释比范围从50：1300：1。应用最为广泛的稀释比为100:1随着稀释探头稀释比的不同，样品气体的流量为20500ml/min。确定稀释比的原则：（1）分析仪器的量程范围应当与稀释样品气体的浓度相匹配；（2）稀释比必须保证在安装地区可能出现的最低环境温度下在样品管路中不会发生冷凝。稀释法取样优点（1）稀释系统大大提高了系统的可靠率，降低了系统运营和维护成本。（2）采用探头内瞬间稀释技术，彻底消除冷凝水影响，无需跟踪加热采样管线。稀释后烟气含水量被降低到露点以下，采样管无需加热或保温，彻底避免因为结露而对仪器产生的可能损坏（3）稀释技术解决了烟气含尘量高而引有的堵塞问题。烟气采样流速只是直接采样系统的五十分之一到百分之一，相应烟气中含尘量也只是五十分之一到百分之一。（4）样气传输快，维护工作量小，消耗品用量少（5）准确的湿法测量（不对烟气进行脱水处理）美国EPA优选方
