非均匀入口条件下SCR脱硝系统精准喷氨策略

专利名称：一种SCR脱硝精准喷氨控制方法专利类型：发明专利
发明人：郑勇,潘显仨,李显宝
申请号：CN202111108554.X
申请日：20210922
公开号：CN113970937A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种SCR脱硝精准喷氨控制方法，步骤S1，设定烟气处理设备出口NOx浓度目标值；步骤S2，获取烟气处理设备进出口NOx实际浓度值；步骤S3，建立预测模型，运用动态矩阵预测控制算法DMC，根据工业炉窑历史烟气参数建立烟气NOx变化预测模型，预测烟气处理设备进口NOx浓度的变化，计算烟气处理设备进口NOx浓度的预测值；步骤S4，根据步骤S2获取的烟气处理设备进出口NOx实际浓度值对预测值进行误差校正，形成校正后预测值；步骤S5，根据校正后预测值以及烟气处理设备出口NOx浓度目标值计算喷氨量的控制增量；控制增量传输至控制模块；通过建立预测模型，计算喷氨量，有效降低喷氨量与烟气工况变化之间的滞后性。

申请人：同兴环保科技股份有限公司,安徽方信立华环保科技有限公司
地址：243000 安徽省马鞍山市含山县清溪镇工业园区
国籍：CN
代理机构：合肥东信智谷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：余贵龙
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脱硝喷氨精准控制技术研究摘要：选择性催化还原脱硝(SCR)目前是减少氮氧化物排放的有效手段，也是建造和改造燃煤装置的首要选择。

SCR的主要控制手段是氨的调节，但我国大多数发电厂没有理由喷洒氨水。

氮氧化物的浓度波动很大，差别很大，导致日常脱硝作业大量消耗氨水，长期运营成本很高；局部氨水泄漏浓度过高，损害了空气预热器，严重影响了机组的安全和经济。

基于此，本文从控制策略和测量两方面对脱硝喷氨的精确控制技术进行了研究。

关键词：燃煤机组；SCR；脱硝喷氨；超低排放前言近年来，电力和电网结构发生了很大变化，对电力单元深度调节、热电联产、智能控制、优化运行和能源储存的要求越来越高。

必须努力提高发电机设备的灵活性、自动化程度和可靠性，参与辅助电力服务市场，提高市场竞争力和可持续性，并增加对市场和社会的投资。

目前，大多数发电厂都采用SCR脱硝方法，提高脱硝系统设备的可靠性、持续的在线监测和经济控制是研究的方向和挑战。

其中，每个装药段的自动脱硝和氨效果是确保符合脱硝环境参数和保证机组参与深度空调和空气预热器安全长期运行的前提条件。

1脱硝喷氨量大原因分析(1)SCR脱硝入口的NOx波动很大。

由于煤分布、燃烧方式、低氮燃烧器的稳定性和可变负荷调节质量等因素，大多数SCR电站入口的NOx浓度波动很大。

(2)NOx的浓度和速度范围不均衡。

NOx浓度场和锅炉输出速度场偏离设计值，可控硅NOx进出口浓度场和速度场因煤炭品种替代、燃烧不均匀、烟尘沉积、催化剂等因素而不一致。

(3)单样代表性差异较总输出大。

SCR输出NOx的单个采样点没有反映所有横截面的NOx浓度值，表示较低，SCR输出和总输出NOx数据之间的差距很大。

(4)CEMS测量落后。

在CCS在线提取中，数据滞后60-90秒(稀释取样超过3分钟)，在线数据与烟气在燃烧通道中的实际浓度不同步，存在时间差异。

(5)喷氨量不能动态分配和调节。

脱硝入口的氨水注入支撑管是一个手动门，不能实时调节SCR入口的氨水量与工作状态，导致氨水不匹配。

Vol.7 No.1Feb. 2021生物化工Biological Chemical Engineering第 7 卷 第 1 期2021 年 2 月SCR 脱硝系统精准喷氨改造李卫平（国电电力大同发电有限公司，山西大同 037043）摘 要：随着国家环保政策要求的不断严格，氮氧化物排放的限值不断降低。

为满足环保要求，各火电厂纷纷进行脱硝超低排放改造，但因传统的选择性催化还原技术（SCR）脱硝工艺无法精确控制喷氨量，机组虽达到了氮氧化物超低排放控制的投运要求，但也因过量喷氨产生了一系列问题。

本文对电厂SCR 脱硝超低排放改造后，机组运行存在的一些问题进行分析，并提出SCR 脱硝精准喷氨改造的一些思路，与同行共同研究讨论。

关键词：SCR 脱硝超低排放；过量喷氨；精准喷氨改造中图分类号：X773 文献标识码：ARevamping of SCR Denitrification System by Precise Ammonia InjectionLI Weiping(Guodian Electric Power Datong Power Generation Co., Ltd., Shanxi Datong 037043)Abstract: With the continuous stringent requirements of national environmental protection policies, the limits of nitrogen oxide emissions have been continuously reduced. In order to meet environmental protection requirements,various thermal power plants have carried out denitrification ultra-low emission transformations. However, because the traditional SCR denitrification process cannot accurately control the amount of ammonia injection, although the units have reached the commissioning requirements for ultra-low nitrogen oxide emission control, they are also due to excessive Ammonia injection has caused a series of problems. This article will analyze some problems existing in the operation of the unit after the SCR denitrification ultra-low emission transformation of a power plant, and put forward some ideas for the SCR denitrification precision ammonia injection transformation, and discuss with the peers.Keywords: SCR denitrification ultra-low emission; excessive ammonia injection; precision ammonia injection modification近年来，机组运行中暴露出了空预器堵塞的问题，原因之一为脱硝系统过量喷氨。

SCR脱硝系统喷氨精细调节技术应用及控制策略研究摘要：SCR脱硝系统是对烟气中NOx在一定温度范围内与氨脱除反应。

副产物为N2和H2O，SCR脱硝系统中的喷氨在进入SCR反应器之前将氨和烟气完全混合。

喷氨会不均匀地降低脱硝特性，如果注入过喷氨，逃逸量就会增加。

硫酸氢氨等物质的出现堵塞了预热器，导致冷段腐蚀。

喷氨不足降低了脱硝效率，随着燃煤电厂空气污染标准的更新，以及现代节能行动计划的实施，必须更严格地控制烟气中氮氧化物的排放。

催化还原恢复脱硝技术(SCR)通常用于燃煤电厂，因为它高效、可靠且功能强大。

脱硝效率和氨气逃逸的下降是CRR系统正常运行的重要指标。

关键词：脱硝系统;喷氨优化SCR脱硝系统的发展今天更加成熟，在许多情况下，系统的烟气的脱硝率甚至超过90%。

工业经济的迅速发展近年来在一定程度上增加了社会能源消耗。

据不完全统计，我国在国际煤炭类等材料的消费量较高。

煤炭是一种化石燃料，在燃烧时会引起复杂的化学反应，并能提供制造企业所需的能量。

氮氧、硫、颗粒以及粉尘的排放污染了大气。

为控制污染物，生产单位已开始实施和使用SCR脱硝系统，但它是一个多参数控制系统。

对于操作系统，不仅要考虑喷氨量对系统的影响，还要考虑操作系统的稳定性，操作过程中某个系统参数的异常变化可能会影响脱硝。

一、喷氨格栅对脱硝运行的影响喷氨格栅技术决定了SCR脱硝喷氨，直接影响脱硝系统反应。

一般来说，喷氨格栅在将氨后烟气输送络后，但在氨氮摩尔比分布不均后，被认为是不均喷氨。

仅当烟场和NOX浓度场相同时，喷氨量需要均匀分布。

实际情况下，由于催化剂速度、NO2密度不同、催化剂的实际性能不同以及所需氨实际数量不同，要去除脱除的NOx量和处理能力也不同，实际喷氨量与氨不符合，导致喷氨局部过量，氨逃逸高，不均NOx浓度场等。

过高喷氨导致脱硝效率更高、NOX浓度极低的出口，可能导致高氨大量逃逸，造成腐蚀和堵塞问题；喷氨不足导致氮脱硝效率低下、高NOx浓度、超标排放浓度。

燃煤电厂脱硝喷氨自动控制系统存在问题及优化方案摘要：随着我国对环境保护政策要求的逐年提高，火电机组排放烟气中的NOx已纳入严格监管，选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)的烟气脱硝技术因其具有很高的脱硝率、技术可靠、结构简单等优点已成为燃煤电站锅炉控制 NOx排放的主要选择。

脱硝控制系统的关键参数是喷氨量，喷氨量及其控制方式直接关系到电厂NOx排放浓度、装置的脱硝效率及氨逃逸率等指标。

为了开展燃煤电厂脱硝喷氨控制系统的研究，首先分析了传统脱硝系统控制方式以及存在的问题，接着从流场均匀性、出入口NOx浓度、控制策略等3个角度提出相应的优化方案。

通过研究，以期为当前燃煤电厂SCR脱硝系统控制方法存在的问题提供优化的方向。

关键词：选择性催化还原法；脱硝喷氨优化；控制策略；流场；PID0 引言随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，能源绿色转型持续推进，可再生能源装机突破10亿千瓦。

2021年，全国全口径火电装机容量13.0亿千瓦，其中，煤电11.1亿千瓦，同比增长2.8%，占总发电装机容量的比重为46.7%。

当前能源消费结构以煤电为主的传统模式向以新能源为主的模式转型，但仍然以煤电为主。

煤炭在燃烧过程中产生大量的氮氧化物（NOx），NOx的排放给生态环境和人类带来严重的危害，2015年12月，国家发布超低排放改造实施方案，要求全国具备改造条件的燃煤电厂进行超低排放改造，改造后的NOx排放量控制在50mg/Nm3范围内[1-3]。

选择性催化还原烟气脱硝技术因其具有很高的脱硝率、结构简单且氨气逃逸率小等优点已成为燃煤电站锅炉控制 NOx排放的主要选择[1]。

通过SCR脱硝反应机理分析，SCR脱硝效率受烟气流速、催化剂特性、喷氨量等多种因素影响，喷氨量的多少是其重要的影响因素之一，对于控制脱硝反应器出口NOx的浓度至关重要。

SCR烟气脱硝控制系统是控制喷氨量的重要系统，能够保障脱硝系统的安全稳定运行，满足脱硝系统性能指标的重要组成部分[4]。

脱硝喷氨自动控制策略分析及优化摘要：根据我国环保政策的要求，目前烟气脱硝项目已基本覆盖所有燃煤火电机组。

SCR烟气脱硝技术是应用较为广泛的，该方式下喷氨量的控制是影响脱硝效率的关键。

本文针对600MW超临界机组在脱硝系统投运时喷氨自动不能正常投入,无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度的问题,分析了喷氨自动控制的影响因素,介绍了控制系统逻辑的优化方案，优化后脱硝喷氨自动调节可以长时间正常投入,出口NOx排放浓度满足了环保达标排放要求。

关键词：脱硝，喷氨自动，SCR，优化1.引言某电厂2×600MW超临界燃煤机组，为满足大气污染物环保排放要求，先后对2台机组实施了脱硝改造，采用选择性催化还原(SCR)法进行脱硝，控制系统采用国电智深的EDPF-NT DCS控制，接入主机的工程系统进行操作和控制。

2台机组脱硝系统在投入运行的过程中，由于脱硝喷氨自动控制逻辑设计的不完善，加之喷氨调节门的性能不足，导致喷氨自动无法正常投入，完全依靠运行人员手动控制，无法精确控制脱硝出口NOx排放浓度，也增大了运行人员的工作强度。

下面对脱硝喷氨自动控制系统存在的问题进行分析并详细介绍了优化方案。

2.初始喷氨自动控制策略某电厂原脱硝喷氨自动控制策略是经典的前馈加串级回路控制，如图1所示。

与单回路比例-积分-微分(PID)相比，串级回路控制相对复杂，由两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。

若干扰来自副环，副控制器首先进行粗调，主控制器再进一步进行细调。

因此控制质量优于简单控制系统。

主调控制回路：主调节回路有两部分组成，一个控制的是脱硝效率，另一个控制的是出口NOx含量。

在操作画面上提供了方式选择供运行人员设置。

但两者逻辑原理是一样的，都是用锅炉的总风量的分段函数作为前馈，对主PID模块计算出的值进行修正后得出氨气需求量，形成供氨流量的设定值。

副调控制回路：根据总风量修正计算得到所需要的氨气流量，其作为副调的给定值与氨气流量测量值的偏差经过副调调节后输出控制指令，控制喷氨流量调节阀开度，改变喷氨量大小，最终将出口NOx质量浓度控制在设定值范围内。

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。

不均匀喷氨系统在SNCR+SCR耦合脱硝技术中的应用梁存敬;张占成;黄国强【摘要】通过增加SCR梯度不均匀喷氨系统,克服SNCR烟气氨氮分布严重不均匀的明显缺点,也充分发挥了SNCR不需催化剂在炉内脱硝的优势.对比分析尿素水解、热解制氨的优缺点,通过实验研究优化喷氨格栅,强化了喷氨系统的适用性.分析了尿素水解SCR不均匀喷氨系统在实际工程中的效果,结果表明:尿素水解制氨结合SNCR+ SCR耦合脱硝系统可以显著提高NOx的脱除效率;解决NH3/NOx分布不均匀问题.【期刊名称】《发电设备》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】5页(P433-437)【关键词】不均匀喷氨系统;尿素水解;SNCR;脱硝;超低排放【作者】梁存敬;张占成;黄国强【作者单位】宜兴华润热电有限公司,江苏宜兴214205;宜兴华润热电有限公司,江苏宜兴214205;宜兴华润热电有限公司,江苏宜兴214205【正文语种】中文【中图分类】TK224.1SCR烟气脱硝技术中还原剂NH3的来源有3种：液氨、氨水和尿素。

液氨是危险化学品，电厂在用液氨时会受到诸多制约；氨水由于运行成本较高而具有应用局限性；作为无危险的制氨原料，尿素具有与液氨相同的脱硝性能，具有安全性、绿色无毒性，便于运输、储存和使用，应用较为广泛[1]。

SNCR烟气脱硝相较于SCR技术的特点是：SNCR脱硝过程中不使用催化剂，直接在炉内完成脱硝反应，对于未预留SCR反应器安装空间的旧型锅炉非常适用；SNCR反应整个过程没有压力损失，无需提高引风机压头，特别是改造机组无需对引风机进行改造；使用尿素作为还原剂，对于不能使用液氨的重点区域和离居民区较近的城市电厂较为适用，特别是氨站建设场地受限的电厂；脱硝改造成本及运行成本低；但是由于SNCR喷枪喷入的尿素溶液对锅炉受热面存在腐蚀问题，一般只能布置在锅炉炉膛前墙或侧墙，存在烟气NOx与氨分布严重不均匀问题。

宜兴华润热电有限公司2台60 MW机组,锅炉是UG-260/9.8-M型高温、单锅筒、自然循环、П形布置的固态排渣煤粉炉。

科学技术创新2020.29传统氨分配方式（喷氨格栅）是假定烟气流量及NOx 分布是固定不变的，而实际上锅炉负荷或燃烧方式调整时，烟气流量和NOx 的分布是随着变化的。

传统喷氨方式无法使NH 3浓度场与NOx 浓度场匹配，致使局部过量喷氨，氨逃逸增大，造成脱硝催化剂及下游空预器冷端积灰、堵塞的几率加大，影响机组正常运行，同时还可能出现局部喷氨不足，造成SCR 出口NOx 偏高、NOx 浓度均匀性差。

以下将以某电厂的喷氨优化改造为例，对火电厂脱硝SCR 区喷氨存在的问题进行分析并提出几种优化解决方案。

某电厂燃煤机组采用东方锅炉股份有限公司设计制造的亚临界参数、四角切圆燃方式、自然循环汽包炉，机组于2005年投产。

烟气脱硝采用选择性催化还原（SCR ）工艺，脱硝装置于2013年投运，后期经烟气脱硝超低改造，达到NO X 出口浓度≤50mg/m 3的要求。

装置采用氨气作为还原剂，催化剂层采用声波吹灰器吹灰。

1目前火电厂脱硝SCR 区喷氨的基本原理及存在的问题该电厂SCR 区喷氨工艺流程如图1SCR 区喷氨简图所示，水解区侧来的氨气首先进入氨气计量及调节模块，对氨气流量进行调节，然后与蒸汽加热后的稀释风混合均匀后，通过喷氨格栅喷入烟道内与锅炉烟气混合，最后在催化剂的作用下将NOX 还原分解成无害的氮气（N 2）和水（H 2O ）。

在机组运行时，通过网格法手动测量SCR 出口烟道多点NOX 含量，然后手动设定喷氨管道支管蝶阀开度。

该电厂SCR 区脱硝系统喷氨控制原理如图2所示，采用氨气流量串级调节控制。

反应器后烟气中NO X 的浓度水平要求不超过50mg/m 3，该数值预先作为主控制器的设定值。

反应器后烟气单点NO X 浓度作为实际测量值反馈给主控制器。

通过测量反应器前烟气NO X 浓度，计算喷氨需要的氨气流量，通过副控制器调节氨气气动调节阀开度。

整个控制系统需满足锅炉负荷工况在30%～100%之间变动的脱硝要求。

脱硝精准喷氨系统的运行分析及优化发布时间：2021-12-10T03:06:13.281Z 来源：《电力设备》2021年第9期作者：卜钰[导读] 在不远的将来可以预见，氮氧化物的控制要求将实现近零排放：小于10 mg/m3。

（国家能源集团谏壁发电厂江苏镇江 212000）摘要：针对某厂1000MW机组在不同工况下，脱硝精准喷氨系统各分区中有部分分区出口NOx值偏高，造成了精准喷氨系统不均匀度增加，从而直接导致了出口NOx浓度整体偏高，整体喷氨量增大的情况。

该厂引入神经网络自动控制算法系统对精准喷氨系统进行优化，使其满足能够日益严苛的环保标准，本文将针对本次优化改进进行分析及讨论，为发电公司在技术改造中提供参考意见。

关键词：脱硝系统；精准喷氨；神经网络；自动控制逻辑引言当前，氮氧化物是燃煤发电机组污染排放物治理的重点。

对于该问题，我国政府一直以来给予了高度的重视。

历年来，出台了多项关于氮氧化物的环保控制法律法规。

至2018年，部分地方政府出台了“史上最严”的排放标准，氮氧化物的控制要求：小于30 mg/m3以下。

按照国家环保管控力度不断加强的趋势，在不远的将来可以预见，氮氧化物的控制要求将实现近零排放：小于10 mg/m3。

在不同负荷、不同工况下，精准喷氨系统各分区中有部分分区出口NOx值偏高，某些喷氨支管调门已经开足的情况下，该分区NOx浓度依旧偏高，从而直接导致了出口NOx浓度整体偏高，在脱硝自动控制设定值不变的情况下，整体喷氨量增大。

喷氨量过大最终会造成出口残氨量升高，增加预热器堵塞的风险，不利于机组的长周期安全、稳定、高效运行。

1精准喷氨系统的原理某厂1000MW机组利用停运时机，在原改造后的脱硝系统基础上，增设了“精准喷氨”系统。

主要原理为：根据测量脱硝出口不同区域NOx浓度的分布情况，通过不同区域的喷氨支管电动调整门，自动调整相应区域的喷氨量，使得不同区域烟气与喷氨量等比例混合，使得脱硝出口NOx流场更加均匀分布。