脱硝系统

燃煤电站作为气体污染物氨氧化物排放大户，正在执行愈发严昔的国家排放标准。2014、2015年国家相继印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，严控大气污染物排放，力求2020年前300MW以上燃煤电站全面实现超低排放改造（NOx排放浓度不高于50mg/m3）及所有新建燃煤电站必须满足超低排放水平。而选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术凭借其技术成熟、脱硝效率高等优势已成为广泛应用于国内燃煤电站的主流烟气脱硝技术。本技术适用于燃煤电站SCR系统喷氨智能化自动控制，尤其是对于超低排放改造后的燃煤电站具有更重要的应用意义。 燃煤电站SCR系统智能化控制技术可实现燃煤电站SCR系统喷氨总调节阀及锁定AIG支管关键阀的智能化自动控制，形成了基于喷氨主控制器及副控制器的SCR系统智能化喷氨控制策略。主控制器基于RAU-MPC、自适应PID基础控制、多通道前馈/反馈耦合的智能化控制策略可实现SCR系统喷氨总量优化控制，副控制器开创性地提出了AIG支管动态配氨智能化调控策略以实现基于AIG支管关键阀锁定的动态变频配氨自动调控。

项目成果已在山西神头发电有限责任公司、湖北大别山 发电有限责任公司投入使用。项目实施后，机组脱硝自动调 节系统在制粉系统启停、CEMS 反吹、SCR 催化剂吹扫等大扰 动特殊工况下均能保证 SCR 出口 NOx 控制的稳定，大大减小 了运行人员劳动强度。超低排放后，脱硝 SCR 后的氨逃逸偏 高现象广泛存在，对下游设备的安全经济运行造成了现实的 困难。本课题能够很好的解决机组运行中这一现实问题，脱 硝效果良好、可利用性大、创效高，具有很好的环保效益、 经济效益和社会效益，符合国家能源政策。对比国内未进行 改造的脱硝系统更具有竞争力，可为国内燃煤机组提供示范 作用。项目成果将在国家电投集团系统内进行推广应用。目前 已与贵州普安电厂签定了该厂#1 机组、#2 机组 SCR 流场优 化和精准喷氨改造的合同。

为系统分析燃煤机组SO3排放特性，通过对58台机组SO3生成和脱除情况进行测试，分析了炉内燃烧SO3生成、脱硝系统SO2/SO3转化情况，以及干式除尘器、湿法脱硫系统和湿式除尘器对SO3的脱除效果，从而获得燃煤机组SO3生成、迁移及控制规律。结果表明：燃煤机组SO3生成主要是由炉膛燃烧生成和脱硝系统SO2转化生成，其中炉内燃烧SO3的生成率约为炉内燃烧产生的SO2总量的1%，脱硝系统SO2/SO3的转化率也约为1%。静电除尘器、电袋除尘器以及湿法脱硫系统对SO3的脱除效果有限，静电除尘器SO3脱除效率为15%~25%，电袋除尘器为20%~40%，湿法脱硫系统为40%~60%；而低低温除尘器和湿式除尘器具备较高的SO3脱除效果，低低温除尘器SO3脱除效率为50%~80%，湿式除尘器为70%~90%。因此通过控制燃煤硫份或脱硝系统SO2/SO3转化率可以有效地控制SO3的生成，采用低低温除尘器和湿式除尘器可以有效降低SO3的排放，通过干式除尘器+湿法脱硫系统+湿式除尘器可将SO3控制在10 mg/m3以下。

为改善区域大气环境质量，助力打赢大气污染防治攻坚战，保证燃煤机组并网前NO,实现达标排放，经全面分析，得出制约燃煤机组带脱硝并网的行业难题在于:机组启动阶段锅炉燃烧强度弱，烟气流量小且烟温低，无法满足催化剂投运条件，造成机组启动阶段脱硝装置无法投运，容易引起NO,超标排放。在此背景下，改造机组热力系统，提高SCR反应器入口烟温、采用宽温催化剂或提高催化剂低温活性是当前解决该问题的主流路线，但改造成本昂贵，需要耗费大量财力。令人欣慰的是，中国华能集团有限公司组织所辖燃煤电厂积极探索、大胆创新，立足于提升脱硝入口烟温，结合机组特性，通过对启动过程各阶段的深入分析，在不进行设备技术改造的前提下，通过优化运行操作，实现了机组并网前投入脱硝系统，以较低的代价开辟了--条全新的技术路线，经济即有效的解决了燃煤锅炉启动初期无法投运脱硝装置而造成NO,超标的行业难题，为打赢大气污染防治攻坚战做出了贡献。

煤电机组超低排放后，入炉煤煤质复杂。SCR 脱硝受入炉煤和锅炉运行参数的影响增大，烟气量、灰分等超脱硝设计值，脱硝系统原设计、改造时的边界条件与目前的脱硝运行边界条件存在较大差别，脱硝流场均匀性恶化，催化剂、导流板局部磨损严重，设置造成催化剂坍塌，局部氨逃逸率高，耗氨量大，空预器堵塞严重，甚至引起除尘器、引风机硫酸氢铵结垢。影响机组的安全可靠性和经济运行。 本项目提出SCR脱硝催化剂磨损治理关键技术，系统性地建立了基于现场诊断、试验测试、数值计算的脱硝催化剂磨损诊断分析技术，获得催化剂磨损原因，根.掴多台机组催化剂治理经验建立了催化剂磨损治理方案数据库，开发了脱硝导流板磨损可视化技术和磨损量评估技术，实现了脱硝关键部件的磨损治理。

近年来，雾霾、酸雨等灾害性天气频发，大气环境形势依然严峻，燃煤电厂虽然已经实施了大量环保排放改造，符合国标要求，是煤炭资源利用中“最清洁”方式之一，但是由于应用基数大，绝对排放量仍是我国当前主要排放源之一-，进行“超低排放”势在必行。2015年12月11日，环保部等三部委联合发布的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》中指出:到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放:东部地区超低排放改造任务提前至2017年前，要求将烟气排放中NOx含量降低到50mg/Nm?以下。 随着我国烟气污染物治理政策的推进实施，社会环保呼声的进-.步提高，火电机组启停阶段的环保指标控制成为社会关心的焦点，行业努力的方向，因此全负荷脱硝投入运行势在行。 全负荷脱硝面临的主要问题是在机组的低负荷及启停阶段，锅炉燃烧强度低，烟气流量少且烟气温度较低，常规SCR脱硝催化剂由于受温度限制难以适用[海门电厂催化剂适用烟气温度(300~ 420C) ]，造成机组启停阶段脱硝装置无法投入运行,引起NOx超标排放等问题，给企业带来不利影响。为保证SCR脱硝系统全负荷运行，目前行业内的主要技术路线有两条:一是通过改造锅炉热力系统或烟气系统提高低负荷阶段SCR反应器入口温度;二是采用宽温催化剂，提高催化剂低温活性。

本成果属于能源生产过程、工艺创新技术领域，对大型电站风烟系统进行大量的试验研究和数值模拟数据，建立模型驱动的多系统异构数据源集成（EXA）数据库，创立多元状态监测系统（MSET），实现风烟系统模型驱动的实时状态评估和运行指导，并提供风机选型优化数据支持，充分运用大数据处理平台的挖掘分析和信息融合，开展风机叶型和轮毂比组合与风烟道匹配特性研究，提高风机中、低负荷段效率；突破煤电机组风烟系统设计选型和运行优化分段实施、分而治之的传统技术思路，开展送风风道、磨煤机进出口风道、脱硝系统烟道、回转式空气预热器前后烟道、除尘器进出口烟道、引风机进出口烟道和脱硫系统进口烟道典型布置参数分布和风门挡板特性研究，全面创立了风烟系统特性参数分析体系，实现风烟系统关键技术的协同优化研究和融合应用，获得良好节能效果，改善锅炉风烟系统流场分布；成功研发多种大型风烟道流量在线测量装置，攻克烟风道复杂流场中流量测量和控制难题，开发烟道脱硝出口氮氧化物智能巡测技术，实现氮氧化物和喷氨量的协同控制，以及空预器漏风控制和防低温结露、堵灰的新技术，同时提升发电机组灵活性改造和调峰技术水平；并通过大数据挖掘的方法，对动叶轴流可调风机不同步叶片特性研究、静叶可调汽动引风机运行特性与性能优化都获得了良好的效果。在空预器漏风控制、复杂流场环境的风量测量、脱硝系统喷氨调节和 NOx 检测、空预器防低温结露及堵灰、机组生产过程的大数据应用开发方面形成具有自主知识产权的新工艺、新技术和新产品。本项目取得 1 项发明专利和 6 项实用新型专利，专著一本（“十三五”普通高等教育规划教材 电站风机应用技术与实践），论文 10 余篇。

项目属环保领域，经中国电机工程学会组织鉴定，成果居国际先进水平。 机组超低排放改造后，煤质复杂，负荷调节频繁，SC脱硝运行工况发生了较大变化，导致氨耗量大，氨逃逸率高，硫酸氢铵（ABS）型空预器堵塞成为影响机组安全可靠性、经济运行的突出问题。目前治理空预器堵塞主要有被动治理和主动治理技术，被动治理技术主要采取改造空预器结构、提高空预器运行环境温度、机械除垢等方法，但不能解决ABS对除尘器、引风机的影响；主动治理技术主要采用降低氨逃逸率、SO3浓度的方法减少ABS生成量，实现空预器堵塞源头治理。项目研究了氨氮摩尔比对脱硝反应器内SO2/SO3转化率的影响，提出了以“脱硝系统深度优化，降低氨逃逸率和S02/S03转化率”为核心的空预器堵塞源头治理技术。首先针对锅炉、脱硝、空预器间的相互影响关系，采用大数据分析方法，研究SC脱硝运行评估方法，并建立评估系统：工艺方面，为提高SCR系统对工况变化的适应能力，研究SCR入口非均匀NOx浓度场对脱硝系统性能的影响，开发基于非均匀边界条件的脱硝系统优化技术和关键设备磨损量化评估技术，提高脱硝系统对运行环境的适应性；控制方面，针对脱硝控制系统存在控制滞后的问题，开发NOx浓度预测模型，并扩展到供氨区对喷氨控制的影响，同时兼顾SNCR-SCR联合运行，集成研发多装置协调优化的智能喷氨控制技术。

本项目专业技术方面:通过QC小组活动的开展，小组成员学到了许多专业技术的技能和经验。对于提高自动投入方面，积累了大量实践经验，对脱硝系统有了深刻的认识，对于今后处理缺陷和管理等方面工作，都有很大的启发和提高，消除了脱硝系统的安全隐患，保证了机组的安全有效运行管理技术方面:在整个活动过程中，小组活动严格按照PDCA循环程序进行，坚持以事实为依据，用数据说话，解决了取样装置遇到的各个问题;小组加深对QC工具的理解，学会利用排列图、调查表、极差分布图等工具。小组综合素质方面:通过此次QC小组活动，使小组成员积累了相关经验，增强了小组成员的团队意识和求真精神，提高了分析和解决问题的能力，各项素质有了全面的提高，同时也吸引了更多新学员的加入。