基于炉膛温度场原理的脱硝控制优化.doc

基于炉膛温度场原理的脱硝控制优化基于脱硝系统精细化控制总体思路本文提出了利用温度场测量装置构建二维温度场在此基础上优化PID控制策略利用温度场与NOx生成量的耦合关系使脱硝控制系统能够适应锅炉大负荷波动带来的影响。1引言“十二五”期间根据产业规划我国采用的技术路线是:大力普及低NOx燃烧器技术积极开发和示范空气分段供给燃烧及时和超细煤粉再燃技术推进各种烟气脱硝技术(SCRSNCRSNCR/SCR)国产化。预计到2020年中国将安装SCR脱硝装置约有1.5亿kW因此消化、吸收、研究并创新SCR脱硝技术在我国有重要的现实意义。随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大对采用SCR法脱硝的火力发电厂在确保烟气排放达标的同时还要增强脱硝系统运行的可靠性、连续性和经济性在保证脱硝效率的同时如何应对机组大负荷波动如何优化SCR脱硝系统性能精确而经济地控制喷氨量、降低氨逃逸是脱硝系统运行面临的一个难点。2影响SCR脱硝效率的因素2.1微观因素在既定反应条件下脱硝反应速率与催化剂微孔的面积和烟气中反应物浓度成正比与表面化学反应阻力、外传质阻力和内传质阻力成反比。因此增加微孔横截面积和反应物浓度减少反应中各类阻力有助于脱硝反应的进行提高脱硝效率。可以通过提高氨气浓度和增加催化剂微孔内表面积的方法减少化学反应阻力;通过改变烟气流动状态和提高烟气温度减少层流膜的厚度有利于减少外传阻力;通过减少催化剂外表面与微孔内表面积之间的平均距离增大催化剂微孔内表面积和微孔平均截面积能够减少内传阻力有效提高脱硝反应速率。2.2宏观因素2.2.1烟气温度的影响当催化剂在烟气温度280℃-400℃之间时烟气温度越高脱硝效率越大但超过400℃后脱硝效率随着温度升高开始下降。因此为了降低烟温对脱硝效率的影响应尽量保持锅炉工况稳定或采取带旁路的省煤器来调整脱硝入口烟温。2.2.2氨氮比的影响氨氮比=1.0时能达到95%以上的NO脱除率并能使NH3的逃逸浓度维持在5×10-6或更小。实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射进入系统造成反应器后烟气下游氨逃逸超标氨逃逸是影响SCR系统安全稳定运行的另一个重要参数燃煤机组一般将NH3的排放控制在2×10-6以下以减少对后续装置的堵塞。2.2.3合理控制喷氨量喷氨量与烟气中的NOx含量相对应后才能保证NOx反应过程中脱硝效率、氨气逃逸率和催化剂寿命。在锅炉负荷变化过程中若氨气流量与NOx浓度对应可以有效地避免由于过度喷氨造成的不良后果。综上对SCR系统的优化可以着重从两方面入手一是为还原反应创造最佳的条件通过改善设备结构和提供适宜的温度场、反应时间;另一方面是在满足脱硝出口合格的前提下优化脱硝控制充分发挥温度场与NOx生成物的耦合关系尽可能的减少喷氨量降低氨逃逸通过更精准的控制手段来控制喷氨量。3脱硝系统运行现状分析总结国内脱硝控制系统运行情况对氨气流量的控制一般采用固定摩尔比控制方式和固定出口NOx浓度控制方式这两种控制方式各有自己的控制优势但由于负荷的波动、设备运行工况的因素的变化造成各喷氨点后的氨气浓度与烟气浓度并不匹配从而出现喷氨量增加局部氨逃逸过大威胁到烟气下游设备的安全运行有研究测试表明NH3逃逸率达到2ppm空预器运行半年后其阻力增加30%NH3逃逸率达到3ppm空预器运行半年后其阻力增加约50%。一般的SCR自动控制中以SCR出、入口NOx浓度作为烟气自动调节的参考参数但CEMS数据采集具有一定的误差和滞后性并且由于SCR反应器内烟气流速不均CEMS采样未必具备代表性以上因素均会对SCR单闭环自动调节产生反映慢、调节失稳失准等影响。4基于温度场的脱硝控制优化思路4.1温度场的建立AGAM型声波法炉膛温度场测量系统是一类先进的工业在线二维温度场全工况实时监测设备此设备是德国Bonnenberg+Drescher公司多年的科技研究成果可实现在各种工况下对锅炉、焚烧炉和各种加热炉内高温燃烧气体温度的实时连续的全自动测量。声波法气体温度测量技术通过测量锅炉内距离已知的一对声波收发装置之间一个声波脉冲的飞行时间来计算该通道气体平均温度。声学测温系统可以使用一定数量的收发器形成一个测量网格从而测量炉内一个水平面的温度分布情况。从通道网格测量数据可以计算得到平面二维温度分布并使用层析成像算法得到等温图。通道温度、自定义区域温度值(网格子分区的平均值)、转换数值(最低、最高温度标准偏差各区间的平均温度差异)可以显示在外部控制设备上用于锅炉诊断和操作优化。声学测量技术是唯一不受辐射影响也无漂移的高温炉膛内温度测量技术。在燃烧性能的控制方面首次的应用是1993年在慕尼黑。在燃煤锅炉中AGAM系统用来调整炉内温度场平衡。采用此温度场测量和平衡调整的主要好处在于可以提高锅炉的可用性(减少结渣和腐蚀)并获得更高的生产效率。声学系