科远股份SCR智能喷氨分区控制系统

应用背景

SCR脱硝系统利用NH3对NOx的还原特性，在催化剂的作用下将NOx还原为对环境无害的N2和H2O。在实际运行过程中，喷氨量的控制尤为关键，增加喷氨量有利于降低NOx排放浓度，但氨逃逸会随之增加，进而造成硫酸氢铵堵塞，并腐蚀下游空气预热器。在喷氨控制方面，除了合理控制喷氨总量以外，还应重点关注喷氨的均匀性，以确保在允许氨逃逸范围内，NOx排放浓度达标。目前，电力行业正全面推行燃煤机组超低排放改造，要求NOx排放浓度严格控制在50mg/Nm3（6%O2）以下，这对喷氨系统提出了更为严苛的要求，因此喷氨均匀性的监测和适时调整显得尤为重要。

相关试验研究表明，喷氨的均匀性与SCR出口截面的NOx浓度（氨逃逸）分布密切相关。在SCR催化剂层未有明显故障的情况下，NOx浓度过大（或局部氨逃逸过小），可认为是上游相应区域的喷氨量偏少所致；局部NOx浓度过小（或氨逃逸过大），则是由于上游相应区域的喷氨量过剩所致；局部NOx浓度过小，氨逃逸显著上升，不仅增加SCR的运行成本，而且对下游空气预热器的安全运行造成严重威胁（存在堵灰风险）。因此，为避免SCR出口NOx浓度分析严重不均很有必要，而通过SCR上游AIG（喷氨调整装置）的优化调整，可将SCR出口NOx浓度（或氨逃逸）调整至相对均匀的状态。若发现AIG的调整幅度过大，则相应位置的催化剂模块可能存在明显的磨损、坍塌及堵灰等故障。

鉴于上述分析，在目前电力行业全面推行燃煤机组超低排放的大背景下，SCR出口NOx浓度（或氨逃逸）分布的监测对于锅炉的安全运行及故障排除，显得尤为重要；由于监测氨浓度的技术难度和投资成本均显著高于NOx，因此通过NOx分布特性来反映喷氨的均匀性显得更为科学、合理，NOx/O2分布式巡测系统正是基于此而设计。在上述测量系统上进一步构建分区喷氨控制系统，是精细化喷氨的一种具体实践，从而最终达到有效控制SCR出口NOx排放浓度、减少氨逃逸的效果。

SCR智能喷氨分区控制系统

SCR智能喷氨分区控制系统包括测量层、执行层和控制层，主要涉及NOx浓度（NH3浓度可选）分布式巡测和混合采样测量、氨氮摩尔比分区在线调平以及多维度决策的喷氨总量控制等技术，通过执行层

“总量控制阀+分区调平阀+支管调节阀”三级阀门的串联控制和调节，全面提升喷氨控制的品质，使SCR性能适应NOx超低排放要求，达到节约喷氨量、降低NOx排放浓度、降低空预器堵塞几率、减轻尾部设备（如电除尘极线、除尘滤袋、低压省煤器）积灰等综合效果。

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测量层

系统测量层实现SCR出口NOx/O2浓度的分布式巡测和混合采样测量，为执行层和控制层提供基础数据，系统布置如下图所示，其核心部件包括：多点取样枪（插入SCR出口截面）、控制阀门、NOx/O2在线分析仪以及管路吹扫子系统。

说明：

• 在SCR出口至空预器出口段建立微型烟道旁路，利用系统负压大流量取样；

• 多点取样枪的分布主要根据上游喷氨阀组沿烟道宽度方向的布置数量和间距确定，原则上多点取样枪与上游喷氨阀组一一对应；

• 整套系统测量管路均呈较大倾角或垂直布置，无积灰倾向，辅以热一次风反吹，避免堵灰；

• 因测量层采样支路阀门动作频繁，特选取特殊偏心设计，避免卡涩和磨损；

• NOx/O2浓度测量仪表，采用超高频超导谐振原理，无需预处理样气，仪表响应时间小于1s。

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执行层

系统执行层主要通过在喷氨总管和喷氨支管之间增加喷氨分区调平阀和喷氨分区小母管，实现虚拟分区；根据测量层反馈，对“总量控制阀+分区调平阀+支管调节阀”三级阀门进行串联控制和调节，执行层具体布置如下图所示。

说明：

• 总量控制阀、支管调节阀及其管路均利用现场原有设备，喷氨分区母管和喷氨分区调节阀需要通过对现场管道进行改造；

• 分区小母管及分区调平阀组数根据现场喷氨手动调节阀组数决定，原则上每个分区小母管及分区调平阀控制的烟道区域为近似正方形区域。

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控制层

系统控制层与DCS（或SIS）系统通讯，实时获取SCR系统相关性能参数，结合测量层和执行层的工作参数，自成一套完整的SCR喷氨控制系统，系统网络结构如下图所示。

说明：

• 根据测量层反馈的NOx/O2浓度平均值对总量控制阀进行自动调整，与厂方原有总阀控制系统同时存在，并能实现无扰切换；

• 根据测量层反馈的NOx/O2浓度分布式巡测值对分区调平阀进行定期调整，分区调节阀设定上下限，仅在设定范围内小幅度调节，且调节过程保证各分区调节阀总开度基本不变，避免对喷氨总量控制阀的自动调节造成扰动；

• 当设定调节范围内SCR出口分区NOx浓度无法趋平时，测量层自动发出提示信息，并给出支路调节阀调整方案，按其调整后可手动触发测量层工作，根据反馈结果手动逐步精细调节。