1引言

十二五期間，根據產業規劃，我國采用的技術路線大力推廣低NOx燃燒器技術，積極開發和示范空氣分段供應燃燒和超細煤粉再燃技術，推進各種煙霧脫硝技術(SCR、SNCR、SNCR/SCR)國產化。預計到2021年，中國將安裝約1.5億kW的SCR脫硝裝置，因此消化、吸收、研究和創新SCR脫硝技術在中國具有重要的現實意義。

隨著中國環境保護法律、法規和標準的加大，采用SCR法脫硝的火力發電廠在確保煙氣排放符合標準的同時，提高脫硝系統運行的可靠性、連續性和經濟性，在保證脫硝效率的同時，如何應對單元的大負荷變動

2影響SCR脫硝效率的因素

2.1微觀因素

在既定反應條件下，脫硝反應速度與催化劑微孔的面積和煙氣中反應物濃度成正比，與表面化學反應阻力、外傳質阻力和內傳質阻力成正比。因此，增加微孔橫截面積和反應物濃度，減少反應中各種阻力有助于脫硝反應的進行，提高脫硝效率。

改變氨氣濃度，通過增加催化劑孔內表面積的方法減少化學反應阻力，改變煙氣流動狀態，提高煙氣溫度，減少層流膜厚度，減少外傳阻力，通過減少催化劑外表面與孔內表面積的平均距離，增加催化劑孔內表面積和孔的平均截面積

2.2宏觀因素

2.2.1煙氣溫度的影響

當催化劑在煙氣溫度280℃-400℃之間時，煙氣溫度越高，脫硝效率越高，但超過400℃后，脫硝效率隨著溫度的提高而開始下降。因此，為了降低煙氣溫度對脫硝效率的影響，必須盡量保持鍋爐狀況穩定，或者采用帶旁路的省煤器調整脫硝入口煙氣溫度。

2.2氨氮比的影響

氨氮比=1.0可達到95%以上的NO去除率，NH3的去除濃度可維持在5×10-6以上。在實際生產中，多于理論量的氨被噴入系統，反應器后煙氣下游氨超過標準，氨逃離是影響SCR系統安全穩定運行的另一個重要參數，燃煤單元一般將NH3的排出控制在2×10-6以下，減少后續裝置的堵塞。

2.2.3合理控制氨噴射量

氨噴射量與煙中的NOx含量對應后，可保證NOx反應過程中的脫硝效率、氨的逃跑率和催化劑壽命。鍋爐負荷變化過程中，氨氣流量與NOx濃度對應時，可有效避免過度噴射氨造成的不良后果。

綜上所述，SCR系統的優化可以從兩個方面著手，一個是為了恢復反應創造最佳條件，通過改善設備結構，提供適當的溫度場、反應時間，另一個是在滿足脫硝出口合格的前提下，優化脫硝控制，充分發揮溫度場與NOx生成物的耦合關系

3脫硝系統的運行現狀分析

總結了國內脫硝系統的運行狀況，氨氣流量的控制一般采用固定摩爾比控制方式和固定出口NOx濃度控制方式，這兩種控制方式各有控制優勢，但由于負荷變動、設備運行狀況的因素變化，各噴射點后的氨濃度與煙濃度不一致，噴射量增加，局部氨過大，威脅煙氣下游設備的安全運行在一般的SCR自動控制中，以SCR出、入口NOx濃度作為煙氣自動調節的參考參數，但CEMS數據采集具有一定的誤差和滯后性，并且由于SCR反應器內煙氣流速不均勻，CEMS采樣不一定具有代表性，以上因素對SCR單閉環自動調節反映慢、調節失穩等影響。

4基于溫場脫硝控制優化思路

4.1溫場建立

AGAM型聲波法爐膛溫場測量系統是一種先進的工業在線二維溫場全工況實時監測設備，該設備是德國Bonnenberg+Drescher公司多年的科技研究成果，在各種工況下對鍋爐、焚燒爐和各種加熱爐內高溫燃燒氣體溫度的實時連續全自動測量。

聲波法氣溫測量技術通過測量鍋爐內距已知的一對聲波收發裝置之間聲波脈沖的飛行時間，計算該通道氣體的平均溫度。聲測溫系統可以使用一定數量的收發器形成測量網格，測量爐內水平面的溫度分布狀況。

可通過通道網格測量數據計算獲得平面二維溫度分布，通過分析圖像算法獲得等溫圖。通道溫度、定制區域溫度值(網格分區均值)、轉換數值(最低、最高溫度、標準偏差、各區間均值溫差)可顯示在外部控制設備上，用于鍋爐診斷和操作優化。

聲測管技術是唯一一種不受輻射影響、不漂移的高溫爐膛內測溫技術。在燃燒性能控制方面首次應用于1993年慕尼黑。在燃煤鍋爐中，AGAM系統用于調整爐內溫度場的平衡。采用此溫度場測量和平衡調整的主要好處在于可以提高鍋爐的可用性(減少結渣和腐蝕)，并獲得更高的生產效率。

聲學系統的主要優點是聲學溫度信號的反應速度非常快。在4秒內更新二維溫度場分析測量結果，溫度測量的反應時間比其他傳統的控制信號快半分鐘到幾分鐘。因此，根據鍋爐類型的不同，與蒸汽量和O2濃度相比，用聲學方法測量爐內溫度時，溫度信號可以更快地傳輸到DCS，進行基于聲波測溫技術原理的各種燃燒過程的優化控制。

4.2控制策略

4.2.1帶有前饋電路的分區串級控制系統

以煙囪入口的NOx濃度測量值為調節目標，根據現場試驗結果，脫硝被控對象(NH3流量煙囪入口的NOx濃度)的應答純延遲時間接近3分鐘，整個應答過程達到十幾分鐘，是典型的大滯后被控對象，這種方式的控制難度明顯增加。

為了進一步實現噴氨量的優化控制，優化控制可以與溫度場測量技術相結合，根據大滯后對象的設計構想進行優化，有效地提前調節過程，獲得更好的控制質量。帶有前饋電路的串級控制系統可以達到一般控制出口合格的控制目標，但為了實現更好的控制噴射量，使控制目標與環境評價目標一致，基于溫度場的數據，通過工藝數據與NOx生成量的耦合關系，建立起動態模型，適應控制過程中存在的大滯后問題

根據溫場模型預測未來NOx的產量，根據實測NOx數據，不斷修正，在當前時刻給出最佳控制量。同時，根據鍋爐的負荷狀況、給煤量、煙氣流量作為溫度場的核心要素，提高了應對時間的控制。

5經濟分析

采用溫場脫硝控制技術，可大大提高氨的利用率，降低氨的消耗量，以330MW機組為例，節約氨的消耗量為10%，年節約液氨的消耗量約為25萬元。SCR自動控制采用優化控制戰略時，可提高SCR的最大脫硝效率，預計催化劑壽命提高7%的同時，由于還原劑的利用率提高，在最佳控制狀態下，降低氨的40%，大幅度降低對尾部煙道內設備的威脅

6展望

節能減排已經成為中國經濟和政治的中心任務，針對火電機組節能減排的現實需求和鍋爐大負荷變化，爐膛溫度、煙量變化對脫硝控制的影響。脫硝的控制技術有望與溫度場測量進一步完美結合，克服以往脫硝控制中監測手段、負荷變化、數據滯后不良因素的影響，實現最佳噴射量控制，減少SCR出口NOx的排放量和氨的逃脫量，使火力發電廠SCR脫硝控制系統達到新的高度。