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烟气脱硝SCR装置喷氨优化系统解决方案

    【文章导读】SCR脱硝装置在设计阶段虽然进行了流场优化设计,以保证SCR入口截面烟气流速和NOX分布的均匀,保证排放NOX浓度和脱硝效率。但由于现场空间限制和安装因素影响,加上调试阶段对喷氨格栅调整重视不足,实际运行中SCR入口截面NOX分布偏差较大,普遍达到20%以上,造成部分区域氨过剩,反应器出口氨逃逸远超设计值。正是由于烟气气流分布的不均匀,造成NOx与NH3的混合及反应不充分,不但极易造成局部喷氨过量,导致副反应的发生,影响催化剂寿命,同时也会造成大量生成硫酸氢氨腐蚀和堵塞空预器,严重影响脱硝效果及安全经济运行。华敏测控多年专注各行业气体在线分析系统解决方案,拥有多项专利技术,结合多年工业现场气体分析应用领域的经验,可针对不同的行业不同应用场合,为用户量身定制最优化的解决方案。

    方案概述

    喷氨优化系统是针对NOx在催化剂表层的不均匀特性,有计划、有步骤地控制不同区域的喷氨量,实现不同区域不同的NH3/NOx摩尔比,从而充分发挥有限体积的催化剂的性能,在较小氨逃逸率前提下,实现较高的脱硝效率。

    方案原理

    制约脱硝效率的因素有:①最大允许氨逃逸率;②SCR反应器入口烟气流的分布状态;③NOx/NH3混合效果。

    影响逃逸氨水平的主要因素除催化剂用量、活性外,与设计及运行调整相关的因素是控制反应器入口的氨氮摩尔比分布的均匀性。

    设计阶段通常假设入口流速、NOx浓度均匀,并以此为边界条件设计流场。然而,在实际运行中,上述边界条件通常并不能满足,有时随着燃烧器的不同组合,入口NOx不但不均匀,而且还不固定。另一个导致氨氮摩尔比不均匀的因素是AIG的堵塞,会造成各分区内还原剂量配置的波动。

    新机组通常会做一次AIG的调平试验,此后会每年进行一次。这种调平对常规条件有效,但对于变化的入口NOx浓度,仍然无法实时跟踪,时刻做到氨氮摩尔比的高度均匀。

    HM-NH3000喷氨优化系统正是针对这一问题而开发设计。该系统主要构成为:SCR反应器入出口烟道实时NOx快速网格法测量系统;数据分析控制系统;在线分区还原剂调整系统组成。系统原理是,由网格法测量系统定时测量反应器入出口NOx分布,经数据处理系统计算,并调节对应分区还原剂的调整量。

    系统构成

    HM-NH3000喷氨优化系统由:出口及入口NOX/O2浓度分布实时在线分析系统、出口NH3浓度分布实时在线分析系统、喷氨格栅分区远程电控调节系统和计算机控制系统四大子系统组成。

    1、出口及入口NOX/O2浓度分布实时在线分析系统:

    该子系统是整个系统的基础核心系统,采用我公司专利技术的HM-NOX直插型氮氧化物在线分析系统检测出入口NOX浓度实时分布,该系统的核心部件是能够直接插入高温烟道中,对烟气中的NOX/O2进行连续在线分析的氮氧化物探头。该探头采用半导体陶瓷气体传感器,可以直接工作在高温高污染的气氛中,反应速度小于2秒。探头结构简单,安装方便,可以直接插入烟道内。探头只需要连接电源和信号线即可工作,安装极为方便。探头到现场变送箱采用标准的总线传输模式,通过一对线即可进行所有探头信号的传输,大大简化了现场的布线工作。由于结构和安装都很简单,而且成本低廉,因此非常适合进行多点的浓度分布检测。该系统最多可以支持多达12个探头同时进行在线连续测量。系统和探头示意图请参考图3。

    NOX/O2浓度分布在线分析系统及直插式探头结构示意图

    图3 NOX/O2浓度分布在线分析系统及直插式探头结构示意图

    核心优势:检测速度极快,安装极为方便,可单点、多点分布监测。

    2、出口NH3浓度分布在线分析系统:

    该子系统主要是作为评估喷氨优化控制效果的参考参数之一。采用我公司设计的HM-NH1000原位抽取分布型在线氨逃逸分析系统测量SCR出口烟气中NH3的分布参数,通过该参数结合出口NOX的浓度分布,可以评判喷氨优化控制的效果,对控制参数进行进一步优化。该组参数作为评估参数,不参与实时控制。

    出口NH3浓度分布实时在线分析系统示意图

    图4 出口NH3浓度分布实时在线分析系统示意图

    该系统采用的是多点分式的半导体激光在线分析系统。核心部件是半导体激光气体分析仪。系统采用一拖多的光纤检测方式,取样探头内置检测池,全程快速实时检测,最多可以连续在线检测8个点。系统示意图请参考图4。

    核心优势:采用先进的光纤传导技术,一台主机可同时监控1-8个测量点,是实现单点监测、多点分布监测的最优方案。

    3、喷氨格栅分区远程电控调节系统

    该子系统是系统的执行机构,执行系统的控制指令,来调节喷氨量。将原有的分区手动喷氨调节阀改造成电动调节阀,并通过标准通讯模块,以及用户现有的DCS系统数据传输通道,实现调节阀和上位控制计算机间的阀位调节信号的数据链接。

    核心优势:这种方式采用标准通讯协议,利用现有的DCS数据链接,大大降低了现场布线的工作量。

    4、喷氨分区实时优化计算机控制系统

    将所有检测信号和阀门控制信号接入一套专门的计算机控制系统。系统安装的控制软件,对输入的各个参数进行分析处理,通过特定的算法计算出控制策略,并转化为每个喷氨分区调节阀的开度信号来实现喷氨的分区控制。如图5

    喷氨分区实时优化控制系统框图

    图5 喷氨分区实时优化控制系统框图

    该系统是整个系统的大脑,负责运行喷氨分区实时优化控制软件。该软件通过实时在线监测到的气氛浓度分布数据,结合SCR和锅炉实时运行数据,通过人工智能控制算法以及自学习的专家系统,给出最佳的喷氨分区控制策略,并通过系统执行机构实现喷氨量的分区实时调节。同时通过该软件强大的数据处理能力,对大量相关运行数据进行长期采集记录,并进行统计分析。对包括催化剂使用状态分析和预测、SCR运行优化等提供帮助。

    核心优势:该系统运行的人工智能控制软件通过对控制结果的自我评估,进行自我学习和修正,不断提高系统控制精度,为用户进一步提高设备运行管理水平,降低设备运行成本。

    效果

    采用该装置能实时调整氨氮摩尔比的均匀性,最总达到实时最低的逃逸氨水平,除节省试验费用外,还将节约大量的还原剂用量,减少空预器维护,延长催化剂的更换周期,综合经济效益显著,并有很高的投资回报比。

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    方案相关荣誉资质

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