SCR Wizard智能脱硝流场优化技术

燃煤电厂SCR烟气脱硝系统流场优化分析孙琦明，施平平，谢芳（浙江蓝天求是环保集团有限公司浙江杭州市310012）Application and comparision of numerical simulation and cold test in analysis of the flow field in SCR systemSUN Qi-ming, SHI Ping-ping , XIE Fang摘要：本文以合山电厂600MW燃煤锅炉SCR脱硝反应系统的流场优化分析为例，研究数值模拟和冷态试验在电厂SCR系统流场分析中的应用。

结果表明，数值模拟和冷态试验结果较为吻合，验证了数模优化方案的可行性。

其中，速度场、浓度场和压降都满足设计要求，烟气经整流格栅优化可以垂直进入催化剂层，模型中无明显积灰。

关键词：SCR系统；数值模拟；冷态试验；流场（Zhejiang Atmosphere Environment Protection Group Co.,Ltd. Zhejiang hangzhou, 310012 , China）Abstract:Taking the analysis of the flow field in SCR system of Heshan 600MW coal fired plant as an example, this paper studied numerical simulation and cold test in analysis of the flow field in SCR system. The experiments showed that the results of numerical simulation were the same with those of cold test, which meant the method of simulation was credible. The flow field of velocity，concertration and pressure met the designed requirements. Installation of flow straightening grid can optimize the direction of gas flow to make the flue gas enter the catalyst vertically. There was no significant dust deposition in the model.Key words: SCR system; numerical simulation; cold test; flow field煤燃烧过程中产生的NOx是造成大气污染的主要来源之一。

基于SCR入口流场特性降低氨逃逸的脱硝优化控制研究通过对SCR入口NOx浓度的流场特性进行实时检测与分析，深入研究脱硝系统喷氨实时优化方案；将SCR脱硝反应器进行分区设计，提出一种模糊控制与均衡控制相结合的前馈串级控制方法来提高NH3/NOx混合效率，从而减少氨逃逸率。

目前，氮氧化物对环境的影响日益严重，NOx的排放控制要求更加严格。

我国已对大量机组增建脱硝设施以及进行脱硝技术改造，而选择性催化还原法（SCR）也是众多脱硝技术中达到经济满意效果、得到广泛应用的技术。

国内对SCR改造的同时也发现了一些问题，包括喷氨不均、催化剂寿命缩短及氨逃逸造成的空预器堵塞等问题。

其中一些SCR反应器由于未在试运期间进行喷氨优化，导致入口氨的分布不均匀，投运一段时间后氨逃逸导致空气预热器严重堵塞，甚至引起炉膛负压波动，不得不停炉吹扫。

因此对SCR入口NOx浓度场的检测及降低氨逃逸是保证经济性、安全性的必要技术。

目前对SCR喷氨控制的主要手段为烟气管道内布置喷氨格栅（AIG），在AIG 控制方式中应用较为广泛的是分区控制式AIG，此方法将烟道截面分为若干区域，对每个区域的喷氨量单独控制。

实验数据显示，烟气流在烟道内的分布特性随着锅炉负荷、磨煤机组合、各个风门开度等因素的影响而变化。

而在变工况条件下传统的PID调节无法连续有效的控制不同区域的喷氨量，调节系统会出现延迟性和发散性，最优的喷氨控制难以得保证。

实践表明，通过分区优化喷氨量控制策略可以在变工况下保证良好的NH3/NOx混合均匀性，明显减少SCR出口NOx 浓度，使SCR出口氨逃逸大幅减小。

本文采用离散取样的方法对SCR入口、出口NOx流场特性进行分析，从降低氨逃逸的角度出发，设计研究了脱硝系统实时优化调整的控制方案，将多模式模糊推理算法作为前馈量在变工况下严格控制SCR出口NOx浓度达标，并利用均衡算法严格控制氨氮比。

优化结果表明，该方法在满足脱硝效率的同时，可以降低氨逃逸率并提高经济性。

ISSN 1672-9064CN35-1272/TK基金项目:重庆市科委技术创新与应用示范项目:燃煤电厂烟气脱硝优化与自动控制技术。

作者简介:王进(1985~),工程师,主要研究方向大气治理。

SCR 脱硝优化概述王进吴其荣陈建宏周川雄(国家电投集团远达环保工程有限公司重庆401122)摘要针对出现问题的SCR 脱硝系统,采用SCR 脱硝优化技术如:降低进入反应器内的飞灰含量、优化现有SCR 脱硝系统流场、优化SCR 脱硝喷氨控制系统等,可有效减缓催化剂磨损、堵塞,提升截面流速分布均匀性、氨浓度分布均匀性,降低氨逃逸等目标,最终使SCR 脱硝系统节能稳定运行。

关键词SCR 脱硝优化流场优化预除尘喷氨优化中图分类号:X511文献标识码:A文章编号:1672-9064(2020)03-109-02《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》(发改能源[2014]2093号)要求改造后燃煤发电机组的大气污染物排放浓度在基准氧含量6%条件下,烟尘、SO 2、NOx 排放浓度分别不高于10mg/m 3、35mg/m 3、50mg/m 3。

目前,大部分机组已完成超低改造要求,但在实现NOx 超低排放要求的同时,存在催化剂磨损、过量喷氨、氨逃逸超标、空预器堵塞等问题,因此在保证脱硝出口NOx 排放达标的同时,如何优化SCR 脱硝装置运行就非常有必要了。

1SCR 脱硝优化技术目前SCR 脱硝优化技术主要从以下3个方面进行。

(1)在脱硝前设置预除尘装置。

通过在脱硝前设置预除尘装置,降低进入脱硝反应器的尘含量,减缓催化剂的磨损。

(2)流场优化。

通过流场优化,降低灰飞的沉积,提高烟气进入反应器的均匀性,提升烟气和氨气的混合效果,从而降低催化剂的磨损、提升脱硝反应效率,降低氨逃逸。

(3)优化SCR 脱硝控制系统。

采用氧含量、烟气量等参数建立SCR 入口NOx 浓度预测模型,并结合SCR 进出口测点反馈的NOx 浓度值,自动调节喷氨格栅不同区域的喷氨量,优化SCR 脱硝系统运行,达到提升脱硝效率、降低氨逃逸的目的。

化工生产SCR脱硝技术工作原理与装置运行优化SCR脱硝（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）是一种重要的化工技术，用于减少燃煤电厂、钢铁厂等工业领域的氮氧化物（NOx）排放。

在SCR脱硝系统中，工作原理起着关键作用，并且合理进行装置运行优化对于提高脱硝效率、降低能耗至关重要。

一、SCR脱硝工作原理SCR脱硝技术基于选择性催化还原反应，通过将氨气（NH3）或尿素等还原剂注入烟气中，使其与氮氧化物反应生成氮气和水，从而达到脱硝的目的。

具体的工作原理如下：1. 氨逃逸生成区：SCR脱硝装置中，氨逃逸生成区是催化剂前的区域。

在该区域内，通过喷注适量的还原剂和烟气进行混合，使还原剂分解生成氨气，为后续的脱硝反应提供所需还原剂。

2. SCR脱硝反应区：脱硝反应区是SCR脱硝装置的关键部分，也是氮氧化物与还原剂发生催化反应的区域。

在该区域内，将烟气通过特定的催化剂床层，使其中的氨气与氮氧化物发生选择性催化还原反应，生成氮气和水。

催化剂通常采用锰、钒、钨等金属氧化物，能够促进反应的进行，增强脱硝效果。

3. 脱硝催化剂再生区：催化剂在SCR脱硝过程中会受到积灰和毒物沉积的影响，降低催化活性。

因此，需要定期进行催化剂的再生。

在脱硝催化剂再生区，通过空气或蒸汽等加热催化剂，烧除其中的碳和硫等积存物，使催化剂重新获得活性，提高脱硝效率。

二、SCR脱硝装置运行优化为了提高SCR脱硝系统的脱硝效率，降低能耗，对装置的运行进行科学合理的优化是必要的。

以下是一些常见的装置运行优化策略：1. 控制适当的氨逃逸生成量：适量的氨逃逸量可以提高还原剂的利用率，但过量的氨逃逸会造成氨的额外消耗以及氨逃逸的排放问题。

因此，在运行过程中需要根据实际情况，合理控制适当的氨逃逸生成量。

2. 催化剂选择与控制：催化剂的选择和控制对于SCR脱硝装置的运行非常重要。

不同类型的催化剂具有不同的反应特性和稳定性，因此，选择适合的催化剂并对其进行合理的管理与维护，可以提高系统运行效率。

SCR脱硝自动控制智能喷氨优化随着社会的发展，科学技术的迅猛进步，自动化水平进一步提高，对火电机组的自动化水平也提出了更高的要求，自动控制技术在火电机组中的应用极大的减少了人力资源，降低了劳动者的劳动强度，提高了生产的经济性。

近几年，国家对燃煤电厂烟气排放标准日益趋严，超低排放后的深度减排，使燃煤机组的一些设备不堪重负，脱硝喷氨的自动控制技术有待提高。

本文主要介绍了脱硝自动喷氨的控制技术以及提高喷氨均匀性的改造措施，详细分析了生产过程中自动喷氨控制存在的问题，产生的原因，提出了有效的解决方案，并应用到实践中，取得了良好的效果。

关键字：自动控制喷氨均匀性氨逃逸空预器堵塞1 引言国家环保形式趋于严峻，随着国家大气污染法规标准越来越严格，冀气领办〔2018〕156号《河北省钢铁、焦化、燃煤电厂深度减排攻坚方案》要求：电厂燃煤锅炉（除层燃炉、抛煤机炉外）在基准氧含量6%的条件下，燃煤电厂氮氧化物排放浓度不高于30mg/m3。

目前我公司执行标准为国家发改委、环境保护部、国家能源局联合下发“《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号），明确要求现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组，实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物、二氧化硫、烟尘排放浓度限值分别不高于50mg/m3、35 mg/m3、10 mg/m3）。

随着国家大气环境治理的力度逐步加大，燃煤电厂NOX浓度已降至小时均值不超过30mg/m?，加之国家产业政策的调整各电厂受燃煤成本压力，入厂煤采购形式多样，入炉煤均采用多种煤掺烧入炉，造成锅炉脱硝入口NOX大幅波动，SCR脱硝喷氨自动调节系统普遍存在震荡、延迟大、跟踪慢、过调或欠调等问题，同时由于我公司SCR脱硝喷氨格栅设计不合理，导致SCR脱硝入口NOX 与HN3混合不充分，SCR脱硝出口NOX采用直线型三点取样，使SCR脱硝出口NOX浓度值不具备代表性，导致SCR脱硝喷氨自动控制投入率低、氨逃逸增大、空预器堵塞严重等问题。

SCR脱硝自动控制策略分析及优化摘要：脱硝系统是降低NOx排放量的必要设施，而如何控制还原剂的流量则成为控制NOX排放的关键因素，本文从脱硝系统原理、还原剂流量自动控制的策略等方面入手，深入浅出地论述了脱硝系统自动控制的相关控制策略和优化思路，对其他脱硝项目的调试和运行也具有重要的借鉴意义。

一．引言华能聊城电厂#7炉为1100t/h自然循环锅炉，采用SCR脱硝技术，烟气脱硝系统于2013年初投入运行，DCS为新华的XDPS400控制系统。

2019年5月，机组DCS系统进行改造，更换为和利时的MACS6控制系统。

为解决之前脱硝自动控制效果不佳的问题，在DCS系统改造的过程中，对脱硝自动控制提出了优化要求。

本文重点讨论改造过程中对喷氨自动控制的策略与参数的优化和改进。

二．SCR脱硝工艺简述SCR(Selective Catalytic Reduction)技术，即选择性催化还原法脱硝技术。

废气中的NOX与氨水、尿素或其它含有氨基的物质进行反应，生产氮气和水。

以氨气作为还原剂为例，SCR的化学反应方程式为：4NO + 4NH3+O2?→ 4N2?+6H2O2NO2?+ 4NH3?+ O2? → 3N2?+ 6H2OSCR系统主要包含了反应器、还原剂储罐、还原剂喷射系统和催化剂，在还原剂喷射和烟气进行完全混合后，废气进入催化剂层进行脱硝反应。

聊城电厂#7炉配备了1个氨区和两个SCR反应区，氨区包含了液氨存储和蒸发系统，氨气与稀释风机过来的空气以及烟气混合进入SCR反应器进行脱硝反应。

SCR反应区位于省煤器出口和空预器入口之间，每台SCR反应布置两层催化剂，并预留1层备用，即2+1的布置方式。

烟气中的NOX经过还原剂喷射系统与氨气混合均匀后，在催化剂的作用下发生催化还原反应。

三．自动控制策略及优化3.1优化前基于机组负荷的理论氨流量算法对出口NOX的串级控制方式原系统采用的控制方式为基于对出口NOX的串级回路，逻辑如图1所示。

化工生产SCR脱硝技术工作原理与装置运行优化指南SCR脱硝技术是化工生产中常用的一种尾气处理方法，用于减少氮氧化物（NOx）的排放。

本文将介绍SCR脱硝技术的工作原理，并提供一些装置运行优化的指南，以确保其有效性和高效运行。

1. SCR脱硝技术的工作原理SCR脱硝技术采用选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction）的原理，通过在催化剂床中注入氨或尿素等还原剂与尾气中的NOx发生反应，将其转化为无害的氮气和水蒸气。

该技术的反应公式如下：4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O其中，NH3为还原剂，O2为氧气，N2为氮气，H2O为水蒸气。

通过催化剂的作用，SCR脱硝技术可以在相对较低的温度下将NOx转化为无害物质。

2. SCR脱硝装置的优化指南2.1 催化剂选择与管理催化剂是SCR脱硝技术的核心组成部分，对其性能和运行效果有着重要影响。

因此，在装置设计和运行过程中，要注意以下几点：- 选择合适的催化剂：根据工况要求和尾气成分，选择合适的催化剂，如V2O5-WO3/TiO2等。

同时，要注意催化剂的抗毒化性能和长期稳定性。

- 合理管理催化剂：定期检查催化剂的状况，包括颗粒堵塞、破碎、脱水等情况，并及时采取维护措施。

定期清洗催化剂，以防止积灰、积烟等影响反应效果。

2.2 还原剂的投加控制还原剂的投加量和控制方式直接影响SCR脱硝效果。

为了获得最佳效果，需要注意以下几点：- 还原剂的成分选择：选择合适的还原剂成分，如氨、尿素等。

根据实际情况，确定投加浓度和投加方式。

- 还原剂的均匀投入：确保还原剂在催化剂床中均匀投入，以提高反应效率。

可采用多点喷射、旋流器喷射等方式，促使还原剂与尾气充分混合。

2.3 温度控制与优化SCR脱硝反应对温度有较高的要求，因此，温度控制与优化是确保SCR脱硝技术有效性的重要环节。

以下是一些可行的优化指南：- 确保催化剂床温度稳定：尽量避免催化剂床温度发生较大波动，可通过合理布置燃料燃烧器、增加余热回收装置等方式实现。

烧结烟气SCR脱硝反应器流场模拟与设计优化选择性催化复原法(SCR)被认为是最适宜用作脱除烧结烟气氮氧化物的方法，而反应器内烟气速度分布的均匀性是决定系统脱硝效率及氨逃逸率的重要因素。

为了研究导流板、整流器等内构件对反应器内流场的影响，采用数值模拟的方法对流场开展计算，得到并比照了空塔及设置不同内构件时反应器内速度云图。

结果说明，在烟道弯头参加导流弧形板与直板组合以及在反应器本体参加整流器，可以有效改善流场均布性，对脱硝反应产生积极影响。

随着人们对环保要求的提高，烧结烟气治理成为钢铁企业的重要问题，对烟气开展脱硫脱硝治理是到达减排任务的关键途径。

20**年，国家环境保护局公布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，规定了钢铁烧结及球团生产企业大气污染物排放限制，其中，对氮氧化物(NOX)的排放限值为300mg∕m3o烧结工艺的最终废气基本还处于无序排放状态，仅仅通过减少燃料中的氮元素以及热废气循环利用已经无法到达标准限制，对烧结烟气开展末端治理即脱硝处理是最有效的减排方法。

常用的脱硝方法有选择性催化复原法(SCR)、选择性非催化复原法(SNCR)、活性炭/焦吸附法和催化氧化法等。

国内烧结烟气脱硝设施鲜有工程经验，借鉴电力行业锅炉脱硝方法，选择性催化复原(SCR)适宜用于钢铁企业烧结烟气脱硝处理。

中国钢铁行业烧结烟气的特点为：烟气量大且波动大;烟气温度波动大，一般处于120~18(TC；S02浓度变化大；粉尘浓度高；含湿量大;含氧量高，体积分数一般为12%~18%;含有多种污染物等。

因此，相比于燃煤烟气，烧结烟气脱硝的条件更加苛刻。

其中，烧结烟气温度较低这一特点对催化剂的性能要求及反应器内流场的均布程度要求更高。

当选择合适的低温催化剂后，反应器内流场的均匀性便显得尤为重要。

脱硝反应器内流场的均布程度具体表现为烟气进入催化剂首层前烟气的速度分布及烟气与复原剂的混合程度，均布程度将直接影响SCR脱硝系统的两大性能----------------- 脱硝效率及氨逃逸率。