引言

　　SCR脱硝系统利用液氨或尿素作为还原剂，在催化剂的作用下将烟气中的部分NOX还原成无害的H2O和N2。脱硝监控系统主要包括还原剂流量测量、烟气NOX浓度测量、还原剂喷射控制系统等。测量仪表的准确性和可靠性是脱硝系统稳定运行的基础，还原剂喷射控制系统的性能，对自动投入率、NOX指标控制、还原剂用量、氨逃逸率等有重大影响。

　　1 目前SCR脱硝监控系统存在的主要缺陷及其危害

　　1.1 NOX仪表取样回路容易积灰

　　脱硝烟气NOX仪表取样点位于除尘器前的烟道，烟气含灰量大，常规的烟尘过滤方法是采用微孔过滤器(如：陶瓷滤芯)、配置常温反吹气源，微孔过滤器内的小孔易被堵塞，反吹气源只能吹掉部分烟尘，同时，反吹时间长(达几十秒至数分钟)、反吹气源温度低，附着在过滤器上的部分烟尘遇低温气体易结块而不易吹落，过滤器的过气能力逐渐下降，需由人工定期拆除过滤器进行彻底清理，影响脱硝烟气CEMS的连续运行和脱硝喷氨自动调节系统的自动投入率，增加了人员的劳动强度，影响脱硝系统的安全稳定运行，有时导致氮氧化物的超标排放。

　　1.2 部分电厂NOX仪表取样点代表性差

　　部分电厂NOX仪表只有一个取样点，不能代表烟道内烟气的整体情况，导致反应器出口NOX与脱硫吸收塔后的NOX数据不一致;部分抽取式NOX仪表虽然设计了多个取样点，由于取样点处烟气流速不同导致的静压力不同，进入NOX仪表的烟气量也不同，并没有达到测量烟道中烟气平均NOX浓度的效果。

　　1.3 无催化剂性能在线性能检测手段

　　催化剂的性能变化影响脱硝效率，运行1-2年后，部分催化剂脱除NOX的能力就开始明显下降，直到氨逃逸逐渐增大，最终导致空预器堵塞差压升高，增加引风机电耗。而拆除催化剂进行检测需停止锅炉运行，影响生产，不可能经常进行。

　　1.4 喷氨自动调节系统控制策略落后

　　目前脱硝喷氨自动调控系统一般采用锅炉负荷或烟气流量等参数经计算转换为喷氨自动调控系统的前馈调节指令，配合PID调节器控制喷氨量。锅炉燃烧工况较稳定时，调节效果还可以，但当制粉系统启停、机组负荷变化较快时，喷氨量往往与实际需要不匹配，造成反应器出口NOX大幅波动，导致NOX排放超标或氨逃逸的发生。

　　运行人员为了避免NOX排放超标，经常手动开大喷氨调节阀，一方面造成还原剂的过量使用，同时，还易造成氨逃逸的发生。

　　2 SCR脱硝监控系统的优化措施

　　2.1 加装NOX仪表烟气取样除尘净化装置

　　在烟气进入NOX仪表取样探头前，先由除尘净化装置进行除尘，使烟气中的含尘量大幅度降低。

　　图1为采用硬式表面过滤器的烟气除尘净化装置。图中，1、过滤箱，2、硬式表面过滤器，3、密封片，4、压板，5、花板，6、原烟室，7、净烟室，8、脱硝烟气在线监测系统取样探头，9、差压检测仪，10、脉冲控制仪，11、电磁脉冲阀，12、喷吹管，13、文氏管，14、差压检测仪正压侧取样管，15、防堵取样装置，16、差压检测仪负压侧取样管，17、电加热器，18、原烟室底部出口,19、烟气在线监测系统的定时反吹指令信号，20、原烟气取样管1，21、原烟气取样管2，22、原烟气取样管3。

　　图1 采用硬式表面过滤器的烟气除尘净化装置

　　过滤箱内设有硬式表面过滤器，如：太棉高温气体过滤器，可耐温1000℃以上。硬式表面过滤器外表面与过滤箱合围成原烟室，内表面与过滤箱、花板合围成净烟室，净烟室与脱硝烟气在线监测系统取样探头相连通，原烟气经硬式表面过滤器除尘后进入净烟室，经净烟室进入脱硝烟气在线监测系统取样探头，差压检测仪、脉冲控制仪、电磁脉冲阀、喷吹管和文氏管组成反吹气源控制系统，差压检测仪的正压侧取样管经防堵取样装置连接原烟室，负压侧取样管连接净烟室，差压检测仪根据原烟室和净烟室之间的差压升高情况生成反吹指令信号送至脉冲控制仪，脉冲控制仪控制电磁脉冲阀使之打开，反吹气源经喷吹管和文氏管对硬式表面过滤器进行反吹。反吹气源先经过热器加热后再吹入过滤箱。

　　2.2 NOX仪表多点取样并设置取样烟气旁路烟道

　　图1中，进入原烟室的原烟气，取自脱硝系统烟道的多个取样点，如：3个。来自原烟气取样管20、21、22的三股烟气汇合后进入原烟室，少量烟气经硬式表面过滤器进入净烟室，其余烟气经原烟室底部出口，进入锅炉空预器出口烟道或引风机入口烟道，以便在负压作用下保持烟气持续流动。

　　硬式表面过滤器垂直放置，过滤器反吹时可使灰尘落下由原烟室底部出口进入烟道被流动的烟气带离。

　　2.3 增加催化剂性能在线检测及喷氨优化控制系统

　　如图2所示，为催化剂在线检测和喷氨优化控制方法流程图：

　　图2 催化剂在线检测和喷氨优化控制方法流程图

　　步骤S11、新催化剂安装调试功能正常后，SCR脱硝反应系统运行期间，在反应器入口和出口烟气NOx和氧量仪表、烟气流量仪表及NH3流量仪表处于正常检测状态下，试验不同氧量下一段时间内脱除的NOx和消耗的氨的用量，记录相关数据，其中，脱除的NOx质量为SCR反应器入口NOx浓度值减去出口NOx浓度值得到的差值与烟气流量的乘积。

　　步骤S12、以实验数据中的一段时间内反应器入口烟气的平均含氧量为横坐标，以喷入反应器的NH3质量与已脱除的NOx质量的比值为纵坐标，绘制分段拟合直线。

　　步骤S13、在脱硝反应系统运行期间，由分散控制系统根据反应器入口烟气含氧量值对应的分段拟合直线的横坐标值，自动查找对应的直线段的斜率和偏移量，计算得到对应的纵坐标值，将此纵坐标值与已反应NOx质量相乘，得到该工况下应喷入的NH3质量，即理论喷氨量。

　　步骤S14、在锅炉燃烧稳定、测量仪表正常情况下，分别累加理论喷氨量和实际喷氨量;

　　步骤S15、定期计算累加的理论喷氨量和实际喷氨量在一个时间段内的比值k;将新催化剂刚投入运行时的比值作为初始值k0，将k偏离k0的程度作为催化剂性能指标进行统计分析。

　　步骤S16、将反应器入口NOx浓度值减去出口NOx浓度设定目标值得到的差值与烟气流量相乘，得到当前时刻欲反应的NOx质量。

　　步骤S17、根据当前时刻反应器入口烟气含氧量值对应的分段拟合直线的横坐标值，查找对应的直线段的斜率和偏移量，计算得到对应的纵坐标值，将此纵坐标值与步骤S16计算得到的当前时刻欲反应的NOx质量相乘，得到与反应器入口烟气含氧量、烟气流量、烟气中NOx浓度值及反应器出口烟气NOx浓度目标设定值相匹配的理论需求喷氨量。

　　步骤S18、将理论需求喷氨量除以最近一次计算得到的理论喷氨量累加值和实际喷氨量累加值的比值k，商作为喷氨自动调控系统的前馈调节指令，送至自动调控系统。

　　步骤S19、将理论需求喷氨量乘以系数k1(k1大于1)作为实际喷氨量过大的报警值。

　　步骤S20、将理论需求喷氨量乘以系数k2(k2大于k1)作为实际喷氨量过大的保护值。

　　3.SCR脱硝监控系统优化后运行效果

　　3.1 NOX仪表运行可靠、测量准确、运行稳定

　　采用耐高温烟气的硬式表面过滤器对脱硝烟气在线监测系统的取样烟气进行除尘净化，采用加热后的反吹气源对过滤器进行反吹，一次反吹即可将附着在过滤器表面的灰尘吹落，除尘效果好;反吹时间短至0.15秒至0.3秒，过滤器不易堵塞，可靠性高，不需人工清理过滤器，使脱硝烟气在线监测系统长期稳定运行，有利于脱硝喷氨自动调节系统在自动方式下运行。

　　NOX仪表的多点取样以及取样烟气混合后流入空预器出口后的烟道，保持了烟气的流动，解决了单纯的多点取样烟气流速慢、测量滞后的问题，提高NOX测量准确性的同时，缩短脱硝喷氨自动调节系统的响应时间。

　　3.2 增加催化剂在线检测及喷氨优化控制系统后的效果

　　剔除测量仪表故障等不正常工况，精确统计耗氨量和脱硝效率，实时掌握催化剂老化情况，为电厂管理者确定停机检测催化剂提供了依据。

　　理论需求喷氨量是一个与催化剂性能、反应器入口和出口烟气NOX浓度、烟气流量、烟气含氧量、还原剂用量等相关的变量，通过实验验证并每隔一段时间进行自动更新，由此作为喷氨自动调节系统的前馈指令，可以使喷氨量与实际需要相匹配，同时具有喷氨量过大报警和保护功能，防止氨逃逸及空预器堵塞、引风机电耗增加等后果，提高了机组运行安全性和经济性。

　　由于喷氨自动调节系统的稳定可靠，运行人员敢于将NOX设定值贴近环保排放限值，最大程度节约喷氨量，降低脱硝运行成本;同时，自动投入率高，降低运行人员劳动强度。

　　定期计算理论喷氨量和实际喷氨量的偏差改进控制策略，自动适应工况变化，相当于具备“学习”功能;对于尿素水解溶液制配时浓度容易变化的情况，优化控制程序可减小“学习”周期，最短一个小时内自动改进控制策略，使喷氨量自动适应尿素溶液浓度的变化。

　　图3是某厂投入喷氨优化控制系统后的24小时运行曲线，其中，反应器出口NOX设定值为80mg/m3,实际变化范围为70至90mg/m3,在机组负荷变化、磨煤机启停、反应器入口NOX波动等工况下，反应器出口NOX变化平稳，未出现超标现象。

　　4 结束语

　　煤煤电厂在满足环保部门对NOX达标排放的要求的同时，还希望尽量降低脱硝运行成本。本文所述SCR脱硝监控系统的优化改进，既能满足脱硝喷氨全程投入自动，降低运行人员劳动强度和还原剂用量，节约脱硝运行费用，同时，可避免喷氨量过大导致的氨逃逸生成的铵盐对空预器的危害，防止出现空预器差压大幅升高、引风机电耗增加等后果，有利于脱硝机组运行的安全性、经济性，值得在各火力发电厂推广。