一、立项背景

国家环境保护部和国家质量监督检验检疫局发布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》，自2014年7月1日起，现有的火力发电锅炉及燃烧汽轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物浓度限值，在超低排放标准下，氮氧化物排放浓度应小于50mg/m3。

目前应用最广泛的脱硝技术是选择性催化剂还原技术（SCR）。尽管SCR装置在设计阶段通常会通过冷态流动模型试验并结合三维两相流动数值模拟计算对烟道的流场进行优化设计，但往往由于设计水平或现场空间的限制等各种因素的影响，SCR催化剂入口的烟气流速场是不均匀的，这样会导致催化剂出口NOx和NH3的浓度场不均匀，出现部分区域 NOx含量很低而NH3逃逸量很大，或部分区域NH3逃逸较少但 NOx 含量较高的情况。这会影响系统总体的脱硝效果并给系统的经济稳定运行带来很大的危害。

喷氨是SCR的核心功能。但是喷氨系统存在以下问题：

喷氨过少，影响脱硝效率；

喷氨过多，生成NH4HSO4造成空预器堵塞，催化剂堵塞，影响锅炉正常运行。

目前电厂喷氨依据烟道内的总体NOx含量进行前期的喷氨量预估，而不能自动对烟道各个格栅内的脱硝情况、逃逸氨量进行监测，造成各个格栅的逃逸氨量及脱硝效率不平均，影响设备的正常运行。

目前脱硝系统普遍存在的SCR出口与烟囱入口NOx浓度不一致的问题，两个极端分别是“倒挂”现象和脱硝效率偏低。

出现“倒挂”现象带来的问题有以下几个方面：

CEMS数据真实可靠性受到质疑

相同的脱硝效率，氨耗量远超设计值

局部氨逃逸浓度超标，危害下游设备（空预器、除尘输灰、脱硫系统）

催化剂使用寿命下降

因此，研制基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统，能够改善催化剂出口NOx和NH3的浓度分布，消除CEMS设备缺陷等手段，浓度分布不均的问题得到改善，使CEMS监测误差达到计量标准要求，同时减小了脱硝系统出口NOx浓度与烟囱入口NOx浓度之间的偏差，消除“倒挂”现象。

二、“基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统”研究内容

“基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统”研究内容主要为监测各个喷氨格栅进出口的NOx浓度及出口的逃逸氨量，从而根据设定的脱硝效率，逃逸氨目标值自动调节各个喷氨支管的喷氨量，实现烟道内的NOx脱硝浓度均匀分布，满足脱硝效率的前提下，控制最小的逃逸氨量，从而减少空预器堵塞，减少SCR催化剂的失效，从而保证环保要求的达标，锅炉设备的安全可靠运行，延长SCR催化剂的使用寿命，减少检修工作，从而整体提高经济效益。

主要研究内容如下：

烟道进出口NOx分析监测子系统

低成本高效完成检测入口各格栅分区氮氧化物浓度和出口各格栅分区氮氧化物浓度，达到为各个格栅分区进行喷氨支管调节提供数据依据。

脱硝烟道出口逃逸氨监测子系统

监测脱硝烟道出口各个格栅分区的逃逸氨量，反馈给控制系统，为系统在喷氨调节过程中，满足脱硝效率的前提下进行进一步的喷氨调节从而满足逃逸氨与脱硝效率的双重目标提供数据依据。

喷氨支管自动控制调节子系统

集中采集进出口NOx分析监测子系统及逃逸氨子系统的相关数据，根据采集的数据，配合相应的计算及逻辑控制算法，实现对各个喷氨支管喷氨量的自动控制，从而实现对各个格栅的喷氨量优化自动控制。

三、基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统的构成

1、 烟气多通道取样装置

烟道入口及出口多个取样位置进行取样，实现分时导通将取样的烟气通过集中采样装置传输至烟气分析装置。

烟气多通道取样装置功能：

采用西门子plc自动控制烟道切换，切换时间可设定；

自带多路输入，一路输出；

2、烟气分析仪

烟气分析仪主要完成烟道入口各个分区和烟道出口各个分区氮氧化合物含量检测，根据烟道分割数目，每个分割面插入一根烟气采样枪，烟气采样枪将烟气采样后送入数据集中采样装置，然后由集中采样装置分时控制把每根烟枪的气体送氮氧化合物分析仪进行分析处理，烟气分析仪采用西门子ABB烟气分析仪。

烟气分析仪功能及性能指标：

①NO：0-950mg/m?；

②O2：0-25%；

③输出：4-20mA；

④微流红外测量原理；

⑤可连续测量NOx、O2等气体；

⑥可同时分析多个组分；

3、在线式氨逃逸分析仪

本项目采用在线式氨逃逸分析仪。在线式氨逃逸分析仪是基于TDLAS原理设计研发，对低浓度氨气的检测安全、可靠，反应迅速。反吹模块，多重过滤等多模块结合为该产品长期在恶劣环境下正常工作提供了有力保障。为最终做好脱硝系统中喷氨优化提供了有力可靠的数据。

在线式氨逃逸分析仪功能及性能指标：

①测量量程: 0-20ppm；

②检测下限: ≤ 0.1ppm；

③准确度: ≤ 0.2ppm；

④响应时间: ≤ 40s；

⑤通讯方式: GPRS，RS485，CAN, 4-20mA；

⑥工作电源：220VAC；

⑦取样方式：原位抽取式；

⑧伴热方式：烟道伴热,无需伴热管线；

⑨具备就地5寸彩屏显示；

⑩安装方式采用原位插入式；

?零点自动跟踪功能；

4、电动喷氨阀门

电动喷氨阀门是喷氨量多少的执行机构，其根据集中采集进出口NOx量及逃逸氨的相关数据，配合相应得计算及逻辑控制算法，实现对各个喷氨支管喷氨量的自动控制，从而实现对各个格栅的喷氨量优化自动控制。

防爆电动喷氨阀门的功能及性能指标：

①防爆等级：ExdⅡBit4；

②电源：AC220V；

③控制信号：4-20 mA；

④反馈信号：4-20 mA。

四、基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统性能特点

全部数字化统一的平台,结构简单；

将各种控制需要统一上传到DCS平台上（入口氮氧化合物数据、出口氮氧化合物数据、逃逸氨数据、支管电动阀控制等）；

入口氮氧化合物分区采样，便于分区控制、精细调节、达到氨气与烟气均匀混合；

出口氮氧化合物分区采样，便于分区反馈控制、精细调节、达到氨气与烟气均匀混合；

出口氨逃逸分区采样，便于出口氨逃逸精确控制；

采用多个电动阀进行分区控制，使喷氨控制最优化；

入口和出口分别只需要一台氮氧化合物分析仪，且达到分区控制目的，成本较低；

氨逃逸基于可调谐半导体吸收光谱技术研发的产品，测量精度高漂移小。

逃逸氨取样方式采用原位就地测量，利用烟道温度伴热， 烟气直接在烟道内进行测量，测量数据可信度高。

五、实施效果

1.形成了新的检修维护文件

本项目实施后延长了空预器停机检修周期及SCR催化剂使用寿命，形成了一下文件：《华电潍坊发电有限公司运行﹑检修补充规程》，《CEMS管理办法》，《基于SCR脱硝装置的喷氨格栅智能优化调整系统用户手册》。

2.功能及技术指标实现

本项目实现控制各个分区氨逃逸量<=3ppm,实现了分区支管的自动调节，实现了在NOx浓度<=50mg/m3 前提下，实现精准喷氨。

3.专利成果

本项目取得《防止燃煤电站SCR脱硝供氨失调的控制系统》专利一个，专利号：ZL 2018 2 1223580.0。

本项目发表论文《原位抽取式氨逃逸检测装置在火电厂精准喷氨系统的应用》一篇。

4. 经济效益

带来482.4万元/年以上的经济效益。

5.环境保护、安全分析

保证了锅炉氮氧化物排放达标平稳，有效的降低了空预器蓄热原件堵塞与腐蚀；避免氨气腐蚀催化剂模块，提高了催化剂寿命提高了催化剂寿命，并且长期保证了锅炉热效率。以上各项均导致资源损耗降低，污染排放减少，这对环境保护具有重大意义。

六、可推广应用范围

水泥、建材、物资等行业。