陈健
河北大唐国际王滩发电有限责任公司 河北 唐山 063000
摘要：烟气脱硝系统是锅炉中的重要组成部分，通常其处于高腐蚀、高温且高尘的环境中，受到流场分布不均等因素的影响，脱硝控制系统在长期运行状态下往往会出现不确定性的故障问题。本文以锅炉脱硝控制系统的优化为探讨主题，分析锅炉脱硝控制系统的主要构成，阐述脱硝控制在使用过程中存在的异常现象，提出优化CEMS预处理系统、完善氨反应逃逸率测量等有效的改进措施。
关键词：锅炉脱硝；控制系统；氨逃逸率
引言：锅炉是化工生产以及供热供暖系统中不可或缺的关键环节，近年来，社会经济发展速度大幅加快，用电需求显著增加，随着电厂锅炉运行负荷的逐渐上升，其排出的氨氧化合物、硫硝氧化物越来越多，不仅给周边环境造成严重污染，也使得空气质量加速恶化。优化对脱硝控制系统的使用，对提高锅炉运行性能、减少化工反应污染具有重要的现实意义。
1锅炉脱硝控制系统概述
1.1氨水和稀释水的储存和供应
氨水和稀释水的存储与供应是SCR脱硝系统中的核心部分，系统中设有氨水槽卸料泵，氨水由槽车运送到储罐中。由工作人员负责操作启停。若涉及到对两台氨水运送控制泵的操作，则也可以依靠专门的中控室予以统一管理，中控室内还需实时显示氨水容器的一系列实况信息，如温度、液位以及压力数据等，以便在出现异常运行状况时及时警示操作人员[1]。
尿素溶液热解也是一种常见的制氨方法，通过热解炉加热尿素溶液生成氨气，再通过喷枪雾化喷入烟道进行脱硝反应。主要设备有尿素溶液储罐、循环泵、热解炉等设备。在脱硝过程中，添加催化剂、提高反应温度，是提高尿素分解效率的常用方法。
1.2混合控制及喷射组件
在每一锅炉内，设有1个混合控制系统，包含稀释水流量控制模块、氨水流量控制模块，以及NOx含量显示与连锁控制模块等。结合锅炉在日常生产运行中的使用现状，需要为每台锅炉配置适宜数量的喷枪装置。在炉膛内，选定温度高于800℃、低于1100℃的位置处，安装喷枪。一般情况下，为了强化脱硝系统的实用性，多选用气力雾化喷射器，在喷枪主体上，含有雾化气体入口与氨水入口，为螺纹导通的形态，其经由金属软管，分别联通于压缩空气管道与氨水管道。
2锅炉脱硝控制系统存在的问题
当前，锅炉脱硝系统对SCR工艺的应用最为常见，烟气需要通过SCR反应器入口前的烟道，经由喷氨格栅后，与经稀释处理后的氨气加以混合，然后再进入到SCR反应器中。在SCR中，含有多层催化剂，当前遇到烟气后，能够有效地催化部分NOX，使其被还原成H20和N2，接下来气体便进入到锅炉内的空气预热器中。
在SCR进出口的烟道上，安置了专门检测各类数据的测量仪表，在SCR反应器中，设置了一个催化剂差压变送器。在稀释风机出口的母管上，还设置了压力变送器。在脱硝控制系统正式投入使用后，受到流场分布不均因素的影响，设备难以准确地测量O2与NOX的量。与此同时，在整个锅炉系统中，多在高尘区设施SCR装置，这使得尘埃会在逐渐堵塞脱硝采样的探头，导致测量作业的稳定性、可靠性以及准确性首要严重干扰。如参照给煤量与总分量等相关数据，对实际喷氨量进行计算，往往难以保证其准确性，调节性能的发挥也无法达到更为理想的状态。在氨逃逸率计算方面，多选择物料衡算法，但这种计算方式无法计算出准确的逃逸率值，使得获取的结果与实际值间存在过大偏差，直接影响到CEMS预处理的可靠性[2]。
3优化锅炉脱硝控制系统的有效措施
3.1改进SCR进、出口取样方式
在开展取样作业时，可以借助于插入式旁路取样管，将2路旁路管从SCR的进出口烟道引出，至空气预热器的出口烟道，由于烟道间存在差压，这样旁路管上便可以实现烟气的稳定流动。在旁路管上设置采样探头，并选用扩充管型式的管路，与烟气分析系统相联通，通过采样核算后，即可确定低负荷情况下烟道内的实际流速。通过与旁路管内烟气的实际流速进行对比可以发现，低负荷状态下，旁路管内烟气流动的速度、状态等完全符合标准要求，避免积灰的形成。在负荷值逐渐加大的情况下，烟道间也会形成越来越高的差压，这时旁路管内烟气流动速度也会逐渐加快[3]。
在设计插入烟道内旁路管的部分时，可以选择在同一截面的左右两部分，分别设置1根钢管，贯穿于整个烟道。这样，在道壁处即可交汇，形成一路，这能够使得烟气混合的均匀性大幅提升。在烟道管子上选择适宜的位置，进行开孔，参照管子结合测点的基本布置原则，以及内部流场的实际分布情况，确保开孔处理满足烟气流通需求。借助于旁路管道实现准确的多点取样，优化SCR进出口取样成效。
3.2安装氨逃逸率表计
氨逃逸检测装置是用来检测氨逃逸率的专用设备，其多为激光气体分析仪，在烟道一侧的发射端发射红外激光，由烟道另一侧的接收端予以接收，由于烟道内存有氨气，因而其会对对应波长的光进行吸收。通常情况下，烟道内气体的实际含量会由吸收量的大小直观反映出来。
在SCR脱硝控制系统中使用检测氨逃逸率的分析仪，需要着重关注以下问题：（1）在氨逃逸检测装置接收端、发射端的安装过程中，应加强对连接方式的选择与把控，优先考虑波纹管的法兰连接法，微调波纹管，即可为接收端、发射端的安装预留充足的可调节空间。与此同时，这也能够将烟道出现热膨胀现象后形成的位置偏差予以有效抵消。（2）在脱硝烟气中，普遍会存在含量较高的粉尘，此类物质的存在会阻碍并影响激光，使其出现衰减现象，进而使得测量数据出现异常，发生跳变。因此在设备的安装作业阶段，应与现场环境的具体情况相结合，确保表计光程的适宜性。（3）浓度分布不均也是脱硝控制系统在使用过程中存在的常见问题，通常内部主要含有NH3与NOx，两者难以均匀混合，进而导致反应器内的化学反应无法反应完全。要解决这一问题，可以对反应器入口处的喷氨隔栅予以合理化调整，提高两种气体混合的均匀程度。在此基础上，借助于点测量或线测量的方式，精准测量在线氨逃逸率。
3.3优化CEMS预处理系统
CEMS测量的准确性、可靠性在很大程度上会受到预处理系统运行情况的直接影响，尤其是伴热管线、采样探头等部分，也是十分重要的要点环节。与脱硫系统不同，在脱硝系统中，多选择在高尘区位置处布置SCR，这样在取样管线、采样探头中，可能存有氨盐结晶。要优化CEMS预处理系统，可以将采样腔的加热温度适当提高，并增加整个加热范围的均匀性，避免堵塞探头。将原有的陶瓷滤芯予以换为不锈钢材质的滤芯，一方面避免系统内部进入灰尘，另一方面进一步增强滤芯的强度性能。完善铵盐清洗装置的设置，借助于可靠的填充物，促使样气的接触面积有效扩大，利用冷凝液全面清洗掉铵盐沉积物。增设探头外吹功能，依托于脉冲方式形成反吹。选择管径大小适宜的取样管线，确保在满足分析仪表使用要求的基础上，最大程度上削减采样探头与抽气泵承载的负荷。
随着国家对环保要求越来越严格，有些机组进行了脱硝烟气旁路改造，引流一部分高温烟气到脱硝反应区，防止在低负荷或者机组启动过程中因反应区温度低造成脱硝系统保护动作跳闸或者系统无法投运。
结束语：通过对锅炉脱硝控制系统运行过程中存在的问题进行分析，提出改进现有的取样方式、完善氨逃逸率测量仪表的安装，提高测量气态污染物的准确性，优化脱硝控制系统的使用性能。
参考文献：
[1]赵保生.舟山石化自备电厂锅炉脱硝脱硫除尘系统改造[J].化工设计通讯,2020,46(12):75-76.
[2]杨福成.燃煤锅炉SCR脱硝系统优化技术研究与工程实践[J].山东电力高等专科学校学报,2020,23(06):45-51.
[3]崔东锋,杨建超,魏然.燃煤工业锅炉烟气净化系统的设计与应用[J].洁净煤技术,2020,26(S1):238-241.