應(yīng)用背景

SCR脫硝系統(tǒng)利用NH3對NOx的還原特性，在催化劑的作用下將NOx還原為對環(huán)境無害的N2和H2O。在實際運行過程中，噴氨量的控制尤為關(guān)鍵，增加噴氨量有利于降低NOx排放濃度，但氨逃逸會隨之增加，進而造成硫酸氫銨堵塞，并腐蝕下游空氣預(yù)熱器。在噴氨控制方面，除了合理控制噴氨總量以外，還應(yīng)重點關(guān)注噴氨的均勻性，以確保在允許氨逃逸范圍內(nèi)，NOx排放濃度達標(biāo)。目前，電力行業(yè)正全面推行燃煤機組超低排放改造，要求NOx排放濃度嚴(yán)格控制在50mg/Nm3（6%O2）以下，這對噴氨系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)苛的要求，因此噴氨均勻性的監(jiān)測和適時調(diào)整顯得尤為重要。

相關(guān)試驗研究表明，噴氨的均勻性與SCR出口截面的NOx濃度（氨逃逸）分布密切相關(guān)。在SCR催化劑層未有明顯故障的情況下，NOx濃度過大（或局部氨逃逸過小），可認(rèn)為是上游相應(yīng)區(qū)域的噴氨量偏少所致；局部NOx濃度過小（或氨逃逸過大），則是由于上游相應(yīng)區(qū)域的噴氨量過剩所致；局部NOx濃度過小，氨逃逸顯著上升，不僅增加SCR的運行成本，而且對下游空氣預(yù)熱器的安全運行造成嚴(yán)重威脅（存在堵灰風(fēng)險）。因此，為避免SCR出口NOx濃度分析嚴(yán)重不均很有必要，而通過SCR上游AIG（噴氨調(diào)整裝置）的優(yōu)化調(diào)整，可將SCR出口NOx濃度（或氨逃逸）調(diào)整至相對均勻的狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)AIG的調(diào)整幅度過大，則相應(yīng)位置的催化劑模塊可能存在明顯的磨損、坍塌及堵灰等故障。

鑒于上述分析，在目前電力行業(yè)全面推行燃煤機組超低排放的大背景下，SCR出口NOx濃度（或氨逃逸）分布的監(jiān)測對于鍋爐的安全運行及故障排除，顯得尤為重要；由于監(jiān)測氨濃度的技術(shù)難度和投資成本均顯著高于NOx，因此通過NOx分布特性來反映噴氨的均勻性顯得更為科學(xué)、合理，NOx/O2分布式巡測系統(tǒng)正是基于此而設(shè)計。在上述測量系統(tǒng)上進一步構(gòu)建分區(qū)噴氨控制系統(tǒng)，是精細(xì)化噴氨的一種具體實踐，從而最終達到有效控制SCR出口NOx排放濃度、減少氨逃逸的效果。

SCR智能噴氨分區(qū)控制系統(tǒng)

SCR智能噴氨分區(qū)控制系統(tǒng)包括測量層、執(zhí)行層和控制層，主要涉及NOx濃度（NH3濃度可選）分布式巡測和混合采樣測量、氨氮摩爾比分區(qū)在線調(diào)平以及多維度決策的噴氨總量控制等技術(shù)，通過執(zhí)行層

“總量控制閥+分區(qū)調(diào)平閥+支管調(diào)節(jié)閥”三級閥門的串聯(lián)控制和調(diào)節(jié)，全面提升噴氨控制的品質(zhì)，使SCR性能適應(yīng)NOx超低排放要求，達到節(jié)約噴氨量、降低NOx排放濃度、降低空預(yù)器堵塞幾率、減輕尾部設(shè)備（如電除塵極線、除塵濾袋、低壓省煤器）積灰等綜合效果。

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測量層

系統(tǒng)測量層實現(xiàn)SCR出口NOx/O2濃度的分布式巡測和混合采樣測量，為執(zhí)行層和控制層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)布置如下圖所示，其核心部件包括：多點取樣槍（插入SCR出口截面）、控制閥門、NOx/O2在線分析儀以及管路吹掃子系統(tǒng)。

說明：

• 在SCR出口至空預(yù)器出口段建立微型煙道旁路，利用系統(tǒng)負(fù)壓大流量取樣；

• 多點取樣槍的分布主要根據(jù)上游噴氨閥組沿?zé)煹缹挾确较虻牟贾脭?shù)量和間距確定，原則上多點取樣槍與上游噴氨閥組一一對應(yīng)；

• 整套系統(tǒng)測量管路均呈較大傾角或垂直布置，無積灰傾向，輔以熱一次風(fēng)反吹，避免堵灰；

• 因測量層采樣支路閥門動作頻繁，特選取特殊偏心設(shè)計，避免卡澀和磨損；

• NOx/O2濃度測量儀表，采用超高頻超導(dǎo)諧振原理，無需預(yù)處理樣氣，儀表響應(yīng)時間小于1s。

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執(zhí)行層

系統(tǒng)執(zhí)行層主要通過在噴氨總管和噴氨支管之間增加噴氨分區(qū)調(diào)平閥和噴氨分區(qū)小母管，實現(xiàn)虛擬分區(qū)；根據(jù)測量層反饋，對“總量控制閥+分區(qū)調(diào)平閥+支管調(diào)節(jié)閥”三級閥門進行串聯(lián)控制和調(diào)節(jié)，執(zhí)行層具體布置如下圖所示。

說明：

• 總量控制閥、支管調(diào)節(jié)閥及其管路均利用現(xiàn)場原有設(shè)備，噴氨分區(qū)母管和噴氨分區(qū)調(diào)節(jié)閥需要通過對現(xiàn)場管道進行改造；

• 分區(qū)小母管及分區(qū)調(diào)平閥組數(shù)根據(jù)現(xiàn)場噴氨手動調(diào)節(jié)閥組數(shù)決定，原則上每個分區(qū)小母管及分區(qū)調(diào)平閥控制的煙道區(qū)域為近似正方形區(qū)域。

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控制層

系統(tǒng)控制層與DCS（或SIS）系統(tǒng)通訊，實時獲取SCR系統(tǒng)相關(guān)性能參數(shù)，結(jié)合測量層和執(zhí)行層的工作參數(shù)，自成一套完整的SCR噴氨控制系統(tǒng)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

說明：

• 根據(jù)測量層反饋的NOx/O2濃度平均值對總量控制閥進行自動調(diào)整，與廠方原有總閥控制系統(tǒng)同時存在，并能實現(xiàn)無擾切換；

• 根據(jù)測量層反饋的NOx/O2濃度分布式巡測值對分區(qū)調(diào)平閥進行定期調(diào)整，分區(qū)調(diào)節(jié)閥設(shè)定上下限，僅在設(shè)定范圍內(nèi)小幅度調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)過程保證各分區(qū)調(diào)節(jié)閥總開度基本不變，避免對噴氨總量控制閥的自動調(diào)節(jié)造成擾動；

• 當(dāng)設(shè)定調(diào)節(jié)范圍內(nèi)SCR出口分區(qū)NOx濃度無法趨平時，測量層自動發(fā)出提示信息，并給出支路調(diào)節(jié)閥調(diào)整方案，按其調(diào)整后可手動觸發(fā)測量層工作，根據(jù)反饋結(jié)果手動逐步精細(xì)調(diào)節(jié)。