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SCR智能喷氨分区控制,实现电厂智能排放
发布时间:  2017/5/31  |  查看率:  1481  |  作者:  互联网

1 应用背景

在国家节能环保的高压政策下,SCR脱硝装置的高效稳定运行受到普遍性关注。按超低排放标准要求,NOx排放浓度需严格控制在50mg/Nm36%O2)以下,较低的NOx排放常伴随着较高氨逃逸率,逃逸的氨(NH3)与烟气中的三氧化硫(SO3)反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4),该酸性物质易造成空气预热器堵塞,且对下游的除尘设备、低压省煤器等造成不利影响。

缓解上述问题的有效手段是减少氨逃逸,精细化喷氨是关键技术之一。作为科远股份智慧电厂完整解决方案中智慧排放的一部分,SCR智能喷氨分区控制是精细化喷氨的一种具体实践。由于一般SCR喷氨截面的宽度与深度(或高度)的比值为3~5,根据气体扩散原理,NH3分子作无规则运动,故按近似方形的3~5个分区分别实现喷氨量自动控制,可显著改善动态氨氮摩尔比的均匀性;结合喷氨总阀控制策略的优化,可全面提升喷氨控制的品质,减小氨逃逸对机组的不利影响。

2 SCR智能喷氨分区控制系统

SCR智能喷氨分区控制系统包括测量层、执行层和控制层,主要涉及NOx/O2NH3浓度可选)分布式巡测和混合采样测量、氨氮摩尔比分区在线调平、以及多维度决策的喷氨总量控制等,通过执行层“总量控制阀+分区调平阀+支管调节阀”三级阀门的串联控制和调节,实现喷氨阀门的在线动态调整,全面提升喷氨控制的品质,使SCR性能适应NOx超低排放要求。

2.1 测量层

系统测量层实现SCR出口NOx/O2浓度的分布式巡测和混合采样测量,为执行层和控制层提供基础数据,系统布置如图2-1所示,其核心部件包括:多点取样枪(插入SCR出口截面)、控制阀门、NOx/O2在线分析仪以及管路吹扫子系统。

2-1 系统测量层

对图2-1补充说明:

1)   SCR出口至空预器出口段建立微型烟道旁路,利用系统负压大流量取样;

2)   多点取样枪的分布主要根据上游喷氨阀组沿烟道宽度方向的布置数量和间距确定,原则上多点取样枪与上游喷氨阀组一一对应;

3)   整套系统测量管路均呈较大倾角或垂直布置,无积灰倾向,辅以热一次风反吹,避免堵灰;

4)   因测量层采样支路阀门动作频繁,特选取特殊偏心设计,避免卡涩和磨损;

5)   NOx/O2浓度测量仪表,采用超高频超导谐振原理,无需预处理样气,仪表响应时间小于1s

2.2 执行层

系统执行层主要通过在喷氨总管和喷氨支管之间增加喷氨分区调平阀和喷氨分区小母管,实现虚拟分区;根据测量层反馈,对“总量控制阀+分区调平阀+支管调节阀”三级阀门进行串联控制和调节,执行层具体布置如图2-2所示。

喷氨分区调平阀

2-2 系统执行层

对图2-2补充说明:

1)   总量控制阀、支管调节阀及其管路均利用现场原有设备,喷氨分区母管和喷氨分区调节阀需要通过对现场管道进行改造;

2)   分区小母管及分区调平阀组数根据现场喷氨手动调节阀组数决定,原则上每个分区小母管及分区调平阀控制的烟道区域为近似正方形区域。

2.3 控制层

系统控制层与DCS(或SIS)系统通讯,实时获取SCR系统相关性能参数,结合测量层和执行层的工作参数,自成一套完整的SCR喷氨控制系统,系统网络结构如图2-3所示。

 

2-3系统网络结构

对图2-3补充说明:

1)   根据测量层反馈的NOx/O2浓度平均值对总量控制阀进行自动调整,与厂方原有总阀控制系统同时存在,并能实现无扰切换;

2)   根据测量层反馈的NOx/O2浓度分布式巡测值对分区调平阀进行定期调整,分区调节阀设定上下限,仅在设定范围内小幅度调节,且调节过程保证各分区调节阀总开度基本不变,避免对喷氨总量控制阀的自动调节造成扰动;

3)   当设定调节范围内SCR出口分区NOx浓度无法趋平时,测量层自动发出提示信息,并给出支路调节阀调整方案,按其调整后可手动触发测量层工作,根据反馈结果手动逐步精细调节。

3  效益分析

NOx超低排放要求下,SCR的氨逃逸率普遍超过设计值(不大于3ppm),导致空气预热器堵塞问题频发,一般通过定期做喷氨优化调整试验进行调整。但试验仅是在特性工况下进行,并不能保证SCR始终运行在较佳状态,随着负荷、煤种和运行方式改变,SCR入口NOx浓度分布规律可能发生显著变化。投用SCR智能喷氨分区控制系统后,喷氨更精细,氨氮摩尔比更均匀,从而达到减少氨逃逸率、减缓空预器阻力上升趋势和节约喷氨优化调整试验费用的效果。

以某660MW机组为例,假定投运SCR智能喷氨分区控制系统后,全年平均减少氨逃逸率3ppm(还原剂为尿素)、空气预热器烟气侧阻力平均减小300Pa(保守估计,实际遭遇严重堵灰问题时,烟气侧阻力上升达2000kPa以上)、减少一次喷氨优化调整试验,产生的直接经济效益见表3-1

3-1 投运SCR智能喷氨分区控制系统产生的直接经济效益核算

项目名称(单台机组)

数值

单位

假定情境

全年平均减少氨逃逸率

3

ppm

全年平均降低空预器烟气侧阻力

300

Pa

全年平均减少喷氨优化调整侧次数

1

基本条件

机组容量

660

MW

满负荷脱硝出口烟气流量

700

kg/s

满负荷空预器阻力变化100Pa,三大风机功耗变化量

100

kW

100Pa阻力排烟温度上升1℃,对发电煤耗的影响

0.16

g/kWh

单次委外喷氨调整试验的费用

20

万元

尿素单价

1700

/t

上网电价

0.35

/kWh

标煤成本

750

/t

机组年利用小时数

4000

h

核算过程

全年减少的尿素总量

53.4

t/年

全年节约的尿素成本

9

万元/

全年减少的三大风机电耗量

120

kWh/

全年上网电量增加的收入

42

万元/

全年减少消耗的标煤量

1267.2

t/年

全年节约的燃煤成本

95

万元/

核算结果

全年直接经济效益合计

146

万元/

在上述假定的轻微减缓堵灰情境下,每台机组的直接经济效益达146/年。考虑假设不投运该系统,可能遭遇更为严重堵灰问题,直接经济损失可能远超上表核算值,还可能引起NOx排放超标、炉膛负压不稳、三大风机失速和喘振、被迫停机高压水冲洗等恶劣影响。因此,SCR智能喷氨分区控制系统对保障机组的安全、经济与环保运行都很重要,其投运效益很显著。

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