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图1 分区优化前喷氨管路
图2 分区优化后喷氨管路
3.2 喷氨测点分区优化
在整个单侧脱硝入口烟道寻找3个合适的取样位置(试验预留孔)安装入口探头,将三路样气混合后送入仪表测量,由单测点变成三测点,保证测量准确性。出口探头原测面取样,取样单一,不具有代表性,现增加多点取样。
3.3 控制策略分区优化
NOx的测量采用单侧烟道设置2套CEMS仪表,第一套CEMS仪表巡测(每点测量时间1 min,3个点的采样时间3 min)作为细调控制喷氨分区调节阀,第二套CEMS仪表采用3个探头混合后测量值做粗调控制喷氨总量。
3.3.1 喷氨总量的控制
采用A、B侧烟道实时混合测量的NOx均值控制喷氨总量,A、B侧入口NOx测量值取平均值作为前馈参与调节,通过采集机组负荷、风量、煤量、烟气流量等参数,作为前馈控制器对生成的NOx浓度进行预测。
3.3.2 喷氨分区调节阀的调节
将每个分区同步精准测量的NOx值与单侧烟道偏差设定值进行比较,通过控制算法块生成分区对应的喷氨调门控制指令,实现分区喷氨优化。
4精准喷氨优化,实现高级过程控制
SCR脱硝系统现有喷氨烟气控制系统的设定值为SCR出口NOx值,最终通过PID改变氨气阀门开度来调节氨气实际流量,是典型的大迟延、长惯性的非线性控制系统。由于NOx测量大滞后、快时变的特点,这种传统控制策略容易导致出口NOx波动大,平均值低。同时,由于NOx生成影响因素复杂,外界干扰条件众多,烟气浓度场、速度场分布不均匀以及喷嘴、催化剂堵灰等情况,容易导致局部氨逃逸偏大,需采用高级过程控制策略方可实现回路的精准控制,脱硝精准喷氨。
4.1 精准喷氨技术要点
在喷氨管道分区优化的基础上,在每侧SCR反应区域后各安装1套矩阵式分区测量系统,对SCR出口的NOx和O2进行在线快速断面扫描测量。按照目前SCR的AIG格栅门组布置情况,将每个SCR出口划分为18个测量小区,根据SCR出口流场的变化规律,定期对每个测量小区网格测点进行循环测量取样分析。精准喷氨系统以网格取样测量数据模型,作为调节依据;以机组运行负荷、给煤量、风量、氧量等作为数据模型,建立以模型为基础的前馈控制系统;利用先进控制算法(神经网络、模糊控制、预测控制等),在机组工况发生变化时能够快速运算出喷氨调节阀的开度。同时依据计算结果在线快速调整各个喷氨格栅阀门开度,实时调整氨气分配,做到快速自动的调平功能,控制解决脱硝入口流场及NOx浓度偏差问题,保证喷氨格栅氨氮摩尔比的相对高度均匀。
4.2 精准喷氨效益目标
精准喷氨减少NOx波动幅度,稳态工况为±5 mg/m3,动态工况为±10 mg/m3,可实现机组压线运行,减少脱硝氨的消耗量5%~10%左右,最大程度降低氨逃逸量,有效减缓空气预热器内氨结晶引起的空气预热器堵塞现象,出口NOx浓度分布均匀度相对提高10%左右。精准喷氨减少喷氨量,对于单台1 000 MW机组用氨量600 kg/h,以年平均利用小时数5 900 h计算,每年用氨量3 500 t,每吨2 000元,即每年节省约3 500×2 000×10%=72万元。精准喷氨提高催化剂的使用寿命,NOx相对偏差从50%降至40%,则催化剂寿命能相对提高约6%,按单台1 000 MW机组三层催化剂费用合计约1 800万元(不包含拆装人工费)、催化剂寿命5年计算,每年可节省催化剂费用为1 800×6%/5=21.6万元。精准喷氨减少氨逃逸,降低风机阻力,降低引风机的轴功率,按单台1 000 MW机组每年能减少引风机电耗费用50万元左右。
5经济效益分析
1 000 MW机组利用C修时机对燃烧器稳燃齿进行修复及燃烧调整,炉膛出口NOx浓度平均下降60 mg/m3,降低尿素单耗约11.37 t/亿(kW·h);对脱硝催化剂再生提效后,氨逃逸率由C修前的7.46 μL/L下降至0.7 μL/L,降低尿素单耗约5.07 t/亿(kW·h);脱硝分区优化,降低尿素单耗约0.56 t/亿(kW·h)。综合效益显著,尿素单耗由修前的55t/亿(kW·h)下降至目前的38t/亿(kW·h),尿素单耗下降了17t/亿(kW·h)。
精准喷氨拥有节约喷氨量、延长催化剂寿命、减少空气预热器清洗、降低引风机电耗等优势。经测算,单台1 000 MW机组每年通过精准喷氨项目的实施可以带来140多万元的效益。
6结 语
1 000 MW机组采取燃烧器稳燃齿环修复或更换、催化剂再生或更换、脱硝分区优化、精准喷氨等一体化技术,是通过采取超低喷氨的控制策略,从创新管理理念、拓展管理方法、推进技术进步、高效节能减排的角度出发,实现超低排放达标,是落实科学发展观及“两山”理论的重要成果,值得同类型电厂、同类型机组的借鉴和推广,具有积极的综合效应和社会价值。
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