SCR烟气脱硝系统的负面影响研究
摘要：氮氧化合物NOx是重要的大气污染物，不仅对人体的神经系统和呼吸系统有一定的损伤，还会引起光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等，严重影响人类身体健康及生存环境。氮氧化合物NOx主要来自于汽车尾气、火力发电、工业窑炉等尾气。本文首先阐述了SCR烟气脱硝工艺，接着分析了SCR烟气脱硝系统的运行方式，最后对优化烟气SCR控制策略分析进行了探讨。
引言
现阶段，我国较多的燃煤火力发电企业在建设锅炉脱硝装置以及改造过程中，已经将脱硝喷氨自动调节系统中存在的自动调节以及整定等方面的问题确定下来。换言之，脱硝的出口、入口烟气流量以及浓度波动幅度普遍较大，存在不规律的情况，这导致火力发电企业在供电期间，往往会产生大量污染气体，不仅严重污染外界环境，也与我国的环保要求相背离。当前，我国已经提升了NOx的排放标准，使得火力发电企业不得不大力提升脱销效率。
1 SCR烟气脱硝工艺
选择性催化还原技术SCR作为一种技术成熟、效果较好的工艺，在烟气脱硝领域应用广泛。SCR技术是指：在280~450℃的反应温度下，以尿素或NH3为还原剂，在特定催化剂的催化作用下将烟气中的NOx选择性转化为N2和H2O。SCR技术的脱硝率可达90%以上，同时SCR技术还具有反应温度低、运行平稳、二次污染少的优点。
2 SCR烟气脱硝系统的运行方式
该系统其实由两部分组成：脱硝CEMS系统和还原剂储存、输送系统。脱硝CEMS系统可自动检测NOx的含量或浓度，并将该信号输送到DCS系统，DCS系统通过得到的脱硝入口和出口NOx的含量、脱硝烟气流量将迅速计算出所需还原剂的量并通过调整喷氨调节阀的开度控制输送量。其运行操作也是由较为常规的启动和停止两部分组成的。
2.1 系统的启动
通常情况下SCR系统与锅炉是同时工作的，反应所用的催化剂要先一步进行加热。烟气的升温速度最好不要超过4℃/min，反应器出入口温差不能高于10℃。待烟气温度高于290℃后，喷氨系统开始工作，依据脱硝CEMS传输的NOx含量信号，向反应器中输送适量的还原剂，系统开始正常运行。
2.2 系统的停止
2.2.1 正常停止
锅炉开始进入停运状态时，机组开始滑压运行，为了保证脱硝排放不超标，必须严格监视脱硝入口烟气温度，当温度将要低于290℃时，立即手动打闸锅炉MFT，防止污染物排放超标。另外，还原剂停止输送后，催化剂要进行除尘操作，然后用引风机对整个SCR系统进行清理。
2.2.2 特殊情况停止
首先，跳闸停止。如果在运行过程中出现锅炉跳闸现象，还原剂输送处会自动停止工作，随锅炉一起吹扫完毕。锅炉重新点火升温，脱硝入口烟气温度高于290℃后，投运SCR系统，整个系统恢复正常运行。其次，高、低温停止。脱硝催化剂长期工作在高于420℃或290℃以下时，会造成催化剂中毒，丧失活性，所以当反应区烟气温度高于420℃或低于290℃之前，要马上停止还原剂的输送，调整锅炉燃烧，提升锅炉脱硝入口烟气温度，达到规定值以上，再重新启动。
3 优化烟气SCR控制策略分析
3.1 优化还原剂消耗
通常，SCR脱硝系统中的还原剂主要有三种，即氨水、无水氨和尿素。其中，氨的毒性较强，在一定浓度单位之内还拥有可燃性以及燃爆性。为此，氨往往被认为是一种危险物。这些危险性质的存在，致使火电厂SCR系统运行期间，需对氨采取一种特殊的保护措施。例如，不断优化还原剂，严格控制还原剂的整体消耗量，以达到氨保护的效果当SCR脱硝系统启动并正常投运后，为了达到预期脱硝效果以及其他脱硝技术指标，人们要做好系统控制和参数优化等工作。首先，需要定值优化。在投入运行后，需按照SCR脱硝系统的整体运行情况，对控制系统设定值、报警限值与吹灰控制时序等的控制参数进行核定与优化。其次，对PID控制参数进行优化。在喷氨量控制系统中，主调节器积分最为合适的时间段为300～400s；副调节器积分时间则在200s左右最为合适。对于氨区蒸发器等设备所控制的PID参数，往往需要在现场进行整定和优化。另外，SCR出口NOx控制对机组负荷跟踪性能展开优化。当机组负荷出现较大变化时，此时SCR出口NOx的浓度便会出现较大波动，其主要原因在于没有全面考虑烟气流量变化给喷氨带来的影响，此外还有回路参数设计不合理等原因。因此，人们要对控制系统跟踪参数展开有效优化，使得主调节器处于输出最小化状态。一般而言，主调节器输出最小化表现在SCR出口NOx浓度不需要通过PID运算跟踪机组负荷，这表明前馈回路所计算出来的喷氨量已经最大限度地满足相关控制要求，可见，主调节器的输出最小化便是最为简单有效的优化方案。
3.2 优化吹灰系统
火电机组在运行期间，不同位置受热面积不同，致使其积灰与结渣倾向以及速度等存在较大的偏差，因此不同位置受热所需要避免的灰沉积对象也存在极大的不同点。定期的吹灰方式是指将不同位置的受热面不做区别就展开吹扫工作。该种方法能够在某种程度上达到吹灰方面的需求，却缺少合理性和经济性，所以不同位置的受热面必须应用不同的判断方式将吹灰时间确定下来，对吹灰系统展开优化，将该系统的作用充分发挥出来。一般而言，锅炉总烟气流量的测量主要应用直接测量与间接计算两种方式。其中，烟气流量直接测量方式有两种，一种为利用皮托管配差压扁送气的常规风量测量方式，该种方式在应用期间需要详细分析烟气固体颗粒对所检测的元件防磨防堵要求，考虑测点是否合理，是否能够代表整个流场进行分布。另一种则通过热敏原理的测量元件进行测量。虽然热敏测量元件可以有效解决高温、防磨以及防堵问题，但是该种方式的测量结果比较滞后，探头易污等，这给测量结果带来一定负面影响。因此，使用该方法时需慎重考虑其利弊。通过计算的方式，将烟气流量计算出来，之后乘以入口NOx浓度和设定值之差，再乘以氨氮摩尔比，所得结果便是氨气流量。其中，摩尔比主要按照系统所设计的脱硝效率计算得出。在SCR脱硝系统中，最为普遍的问题便是氨逃逸，该问题无法在短时间内得到解决，却存在可控性，能够控制在合理范围内。氨逃逸的根本原因在于SCR出口NOx分布不均匀。要解决该问题，便需要在投运前，优化喷氨格栅，调整每一个喷氨平衡阀，使得SCR反应器进口喷氨平衡阀能够均衡调整，最终使得SCR反应器进口氨氮处于均匀状态，以达到提升SCR出口NOx浓度分布均衡的目的。
结束语：
SCR烟气脱硝系统已经大量的应用到火电厂中，在降低NOx污染气体排放量的环保工作中取得了较好的效果。该系统运行方式较为简单，但不管是正常情况下的启动停止还是跳闸或高、低温造成的临时停止，其操作都要按照预定的步骤进行，选用合适的应对措施。SCR系统的运行要着重注意对温度的监控，温度不得当将会降低催化剂活性，影响反应效率。另外，系统运行结束后，清扫工作也不容忽视。
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