集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

魏春旺，高洪瑞，張鳳全，李 丹，侯蔚然，周 友

（北京市順義大龍城鄉(xiāng)建設(shè)開發(fā)總公司，北京 101300）

集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

魏春旺，高洪瑞，張鳳全，李 丹，侯蔚然，周 友

（北京市順義大龍城鄉(xiāng)建設(shè)開發(fā)總公司，北京 101300）

通過鍋爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、SCR工藝裝置的優(yōu)化、快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用等系統(tǒng)性的工作，有效滿足了集中供熱鍋爐房煙氣脫硝工程的技術(shù)要求，成功開發(fā)了集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，確保了在不同負(fù)荷段下，鍋爐至SCR裝置入口段的溫度滿足脫硝要求，SCR工藝裝置能夠在不同負(fù)荷下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并很好地跟蹤負(fù)荷的變化，確保氨逃逸率滿足設(shè)計(jì)要求，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

煙氣脫硝;SCR;集中供熱;鍋爐

引言

集中供熱是指以熱水或蒸汽作為熱媒，由一個(gè)或多個(gè)熱源通過熱網(wǎng)向城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或其中某些區(qū)域熱用戶供應(yīng)熱能的方式。集中供熱目前已成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是城鎮(zhèn)公共事業(yè)的重要組成部分。采用集中供熱鍋爐房能夠有效減少分散采暖的污染物排放，同時(shí)能夠提高采暖熱效率，降低采暖煤耗，是當(dāng)前以及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)北方廣大地區(qū)城鎮(zhèn)居民冬季集中采暖供熱的主要方式。我國(guó)北方地區(qū)采暖季一般為4個(gè)月左右，集中供熱鍋爐房鍋爐運(yùn)行受熱負(fù)荷需求波動(dòng)的影響較大，在采暖季初及采暖季末熱負(fù)荷較低，因此鍋爐負(fù)荷較低。同時(shí)具有晝夜及短時(shí)負(fù)荷變化大、各段爐溫不穩(wěn)定的特點(diǎn)。

隨著我國(guó)固定污染源大氣污染物減排力度的加大，集中供熱鍋爐房的NOx減排已提到議事日程，北京市出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)—《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/139-2007）已將供暖工業(yè)鍋爐的NOx排放要求與電廠鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)一致，定為150mg/Nm3。在推進(jìn)集中供熱鍋爐房煙氣脫硝減排的過程中，主要采取將現(xiàn)有的用于大型燃煤電廠的選擇性催化還原（SCR）脫硝成熟工藝移植到集中供熱領(lǐng)域的方式，但在論證中發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單移植的SCR脫硝工藝對(duì)集中供熱鍋爐負(fù)荷頻繁變化及爐溫變化難以適應(yīng)，原有SCR脫硝技術(shù)無(wú)法達(dá)到連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的效果，因此直接移植到本項(xiàng)目是不可行的，導(dǎo)致該領(lǐng)域NOx減排工作推進(jìn)緩慢。

本項(xiàng)目通過對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、SCR工藝裝置的優(yōu)化以及快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用等系統(tǒng)性的工作解決了以上問題，確保了在不同負(fù)荷段下，鍋爐至SCR裝置入口段的溫度滿足脫硝要求，SCR工藝裝置能夠在不同負(fù)荷下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并很好地跟蹤負(fù)荷的變化，保證了氨逃逸率滿足設(shè)計(jì)要求。

通過本項(xiàng)目的研究開發(fā)并最終在實(shí)際工程項(xiàng)目中的實(shí)施，能夠較為有效地滿足集中供熱鍋爐房煙氣脫硝工程的技術(shù)要求，是本領(lǐng)域行之有效的技術(shù)方案，對(duì)推進(jìn)集中供熱鍋爐房NOx減排工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)也為中小型工業(yè)鍋爐的NOx減排提供了一條可行的技術(shù)路線。

1 鍋爐改造

為保證SCR系統(tǒng)入口煙溫滿足工況要求，通過改進(jìn)鍋爐結(jié)構(gòu)和受熱面布置方式，使得鍋爐在較寬負(fù)荷范圍波動(dòng)時(shí)，SCR裝置入口煙氣溫度均能夠滿足290℃～410℃高溫催化劑的工作溫度，使SCR裝置處于能夠連續(xù)投運(yùn)的狀態(tài)。

對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，以某64MW鍋爐為例，經(jīng)過重新進(jìn)行熱力計(jì)算和研究，確定以低負(fù)荷21MW為基準(zhǔn)，確保在此之上的基本負(fù)荷段，SCR出口煙溫在290℃～410℃之間，布袋除塵器入口煙溫不低于90℃。此時(shí)脫硝入口煙溫處于脫硝溫度區(qū)間內(nèi)。經(jīng)過熱力計(jì)算，在此溫度范圍內(nèi)既保證了脫硝的運(yùn)行，又保證了鍋爐的設(shè)計(jì)能力和熱效率。同時(shí)排煙溫度確保布袋不會(huì)發(fā)生低溫腐蝕。結(jié)構(gòu)上的調(diào)整如圖1所示。對(duì)對(duì)流管束進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，從爐后起，每側(cè)拆除了膜式壁換熱面的8塊封板，改造成可調(diào)節(jié)的閥板，使低負(fù)荷時(shí)，高溫?zé)煔舛搪坊烊脲仩t到脫硝設(shè)備入口的低溫區(qū)，提升煙氣溫度。高負(fù)荷時(shí)，調(diào)整閥板使短路通道關(guān)閉，保證鍋爐到脫硝設(shè)備入口的煙溫穩(wěn)定在脫硝工作范圍。

圖1 鍋爐結(jié)構(gòu)調(diào)整示意圖

2 SCR工藝裝置優(yōu)化

2.1 SCR工藝技術(shù)原理

本項(xiàng)目基本工藝采用的選擇性催化還原法（SCR）工藝，該工藝是目前應(yīng)用最廣、最有成效的煙氣脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)是在催化劑作用下，以NH3作為還原劑，將NOx還原成N2和H2O。NH3不和煙氣中殘余的O2反應(yīng)，因此稱這種方法為“選擇性”。

SCR技術(shù)的基本原理如圖2所示。

圖2 SCR技術(shù)基本原理

選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，上述反?yīng)可以在290℃～410℃的溫度范圍內(nèi)有效進(jìn)行。在NH3/NOx摩爾比為1的條件下，可以脫除煙氣中80%～95%的NOx。

2.2 SCR工藝系統(tǒng)的物料平衡

對(duì)整個(gè)煙氣脫硝過程工藝進(jìn)行模擬研究，建立物料平衡、能量平衡、化學(xué)反應(yīng)平衡的虛擬工程平臺(tái)，并依托該平臺(tái)，基于基本設(shè)計(jì)條件，對(duì)不同負(fù)荷及工況下的系統(tǒng)物料平衡狀況、物料消耗情況等進(jìn)行了計(jì)算，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。計(jì)算條件、煙氣計(jì)算結(jié)果和氨、尿素消耗計(jì)算結(jié)果如表1、表2、表3所示。

表1 計(jì)算條件

表2 煙氣計(jì)算結(jié)果

表3 尿素消耗計(jì)算結(jié)果

2.3 SCR反應(yīng)器及連接煙道流場(chǎng)優(yōu)化與數(shù)值模擬

良好的NH3/NOx混合和速度均布是保證脫硝效率的前提，也是選用經(jīng)濟(jì)合適的催化劑體積的基礎(chǔ)。為了達(dá)到低氨逃逸率（小于3ppm）及變負(fù)荷要求，分析各種負(fù)荷條件下速度及氨分布的變化情況也是極為重要的。通過對(duì)變負(fù)荷條件下流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，可以進(jìn)一步優(yōu)化煙道及導(dǎo)流葉片布置，使得在任何工況下均能達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。

SCR裝置通常置于鍋爐之后，煙氣溫度較高，且SCR反應(yīng)器同常見的過程設(shè)備相比有其自身的特點(diǎn)，如設(shè)備尺度大、煙道布置局限性大等，并對(duì)速度、NH3/NOx、溫度及飛灰的負(fù)載分布提出了相當(dāng)苛刻的要求，如通常要求第一層催化劑上表面的標(biāo)準(zhǔn)速度偏差小于10%，NH3/NOx摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，這對(duì)化工過程設(shè)備的放大設(shè)計(jì)而言，是個(gè)全新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只能給出一些定性的分析結(jié)果，而實(shí)驗(yàn)研究亦因設(shè)備尺度的問題受到限制。同時(shí)，常規(guī)的冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)Ｐ碗m可以依據(jù)相似原理獲取一定準(zhǔn)則數(shù)相等條件下的煙氣速度分布規(guī)律，但對(duì)NH3的擴(kuò)散和分布以及噴氨格柵數(shù)量巨大的噴嘴與下游催化劑上方NH3的對(duì)應(yīng)關(guān)系卻無(wú)能為力。CFD工具的引入將有助于對(duì)SCR反應(yīng)器及其連接煙道內(nèi)流體流動(dòng)、傳熱以及氨的擴(kuò)散過程給出一系列的定性定量分析結(jié)果，為SCR反應(yīng)器及其連接煙道的設(shè)計(jì)及工程調(diào)試積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，建立SCR反應(yīng)器及其連接煙道的設(shè)計(jì)理論和方法。主要計(jì)算內(nèi)容包括：

（1）采用有限體積算法對(duì)SCR反應(yīng)器及其連接煙道進(jìn)行數(shù)值模擬，通過改進(jìn)煙道形狀、布置及加設(shè)導(dǎo)流葉片等措施，使得第一層催化劑上表面的速度標(biāo)準(zhǔn)偏差小于8%。

（2）通過數(shù)值計(jì)算，獲取了噴氨格柵上每一位置的開孔噴出的氨的流動(dòng)軌跡及遷徙規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過調(diào)整開孔位置及大小，使得第一層催化劑上表面的NH3/NOx摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4%。

（3）對(duì)BMCR，75%及50%負(fù)荷等不同工況下的煙氣速度分布及氨擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行分析，使其在任一工況下速度及NH3/NOx摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差滿足上述數(shù)值。

（4）對(duì)飛灰在SCR反應(yīng)器及其連接煙道中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分析，得出理論上可能發(fā)生積灰的部位，并通過聲波吹灰、振打裝置、加設(shè)灰斗等工程措施加以改進(jìn)。

（5）對(duì)實(shí)際運(yùn)行的煙氣脫硝裝置用網(wǎng)格法測(cè)得各層催化劑上表面的速度、NOx等參數(shù)的分布規(guī)律并對(duì)數(shù)值計(jì)算進(jìn)行修正，同時(shí)將結(jié)果應(yīng)用于系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行優(yōu)化。

通過設(shè)置并改進(jìn)導(dǎo)流葉片的位置及形狀，使得第一層催化劑上表面的速度偏差達(dá)到催化劑所要求的10%以下。圖3給出了其中2種不同的導(dǎo)流葉片設(shè)計(jì)方案及其CFD計(jì)算結(jié)果。

圖3 導(dǎo)流葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于氨/空氣混合氣體的總量相對(duì)于煙氣量而言相當(dāng)微小，因而在上述滿足速度分布條件的情況下，通過調(diào)整噴氨格柵各噴射孔的相對(duì)流量大小即可在一定條件下滿足第一層催化劑上表面的NH3/NOx摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差要求，通常情況下要求為5%以下。

3 尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)及控制策略開發(fā)

本項(xiàng)目采用東南大學(xué)自主開發(fā)的尿素?zé)峤庵瓢惫に嚰昂诵难b置尿素?zé)峤夥磻?yīng)器。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)工藝流程：用脫鹽水將顆粒尿素溶解成40%～50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶解泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)；尿素溶液經(jīng)尿素溶液循環(huán)泵、計(jì)量分配裝置進(jìn)入熱解反應(yīng)器內(nèi)，與經(jīng)稀釋風(fēng)機(jī)、電加熱器輸送過來(lái)的高溫空氣混合，尿素在溫度高時(shí)不穩(wěn)定，分解成NH3和HNCO（異氰酸）。HNCO與水反應(yīng)生成NH3和CO2。該過程產(chǎn)生的還原劑氨與稀釋空氣混合均勻后通過噴氨格柵注射到煙氣中，在催化劑作用下與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)，生成對(duì)無(wú)危害的氮?dú)夂退?/p>

熱解工藝的主要反應(yīng)如下：

尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的控制：尿素噴射的控制基于機(jī)組負(fù)荷信號(hào)以及來(lái)自NOx分析儀或者CEMS系統(tǒng)的反饋。在熱解反應(yīng)器中的短時(shí)停留使SCR反應(yīng)劑的生產(chǎn)可以快速跟蹤負(fù)荷的變化，系統(tǒng)可以快速啟動(dòng)和關(guān)閉。

3.1 主要系統(tǒng)及設(shè)備

根據(jù)尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨脑砗土鞒?，制氨區(qū)系統(tǒng)包括固體顆粒尿素的存儲(chǔ)和卸料系統(tǒng)、尿素溶解和存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液給料系統(tǒng)、尿素溶液熱解系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、排放處理系統(tǒng)。

（1）固體顆粒尿素的存儲(chǔ)和卸料系統(tǒng)

本項(xiàng)目設(shè)置斗提機(jī)，采用袋裝尿素顆粒通過斗提機(jī)卸料入尿素溶解罐的方式，有效減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）尿素溶解和存儲(chǔ)系統(tǒng)

通過斗提機(jī)卸料槽下部的插板閥向尿素溶解罐均勻地加料。溶解尿素所需的水源采用按比例補(bǔ)充的新鮮脫鹽水或符合質(zhì)量要求的溶解水。

設(shè)置一只尿素溶解罐，尿素采用袋裝尿素。在溶解罐中，用脫鹽水制成40%～50%的尿素溶液。當(dāng)尿素溶液溫度過低時(shí)，采用電加熱系統(tǒng)啟動(dòng)使溶液的溫度高于50℃。

設(shè)置一只尿素溶液儲(chǔ)罐，用于存儲(chǔ)尿素溶解罐內(nèi)配置好的尿素溶液，尿素溶液儲(chǔ)罐容積可滿足多臺(tái)SCR反應(yīng)裝置5～7天的尿素溶液用量。尿素溶液儲(chǔ)罐的開口有人孔、尿素溶液進(jìn)出口、液位計(jì)、溫度計(jì)口和排放口。

（3）尿素溶液給料系統(tǒng)

配制好的尿素溶液輸送至尿素溶液儲(chǔ)罐，用尿素溶解循環(huán)泵（高壓泵）輸送給尿素?zé)峤夥磻?yīng)器計(jì)量分配系統(tǒng)。

（4）尿素?zé)峤庀到y(tǒng)

尿素?zé)峤庀到y(tǒng)包括高流量和輸送裝置（HFD）、背壓控制閥（PCV）、計(jì)量和分配裝置（MDM）、熱解反應(yīng)器（DC）、稀釋風(fēng)機(jī)（AB）、稀釋風(fēng)電加熱系統(tǒng)（EH）及控制系統(tǒng)等。整套系統(tǒng)應(yīng)考慮夏天防曬、冬天防凍措施。

尿素溶液經(jīng)由供應(yīng)泵、計(jì)量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入熱解反應(yīng)器，稀釋空氣經(jīng)加熱后也進(jìn)入熱解反應(yīng)器。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解，生成的分解產(chǎn)物為NH3、H2O和CO2。

1）高流量循環(huán)裝置（HFD）

尿素溶液供料系統(tǒng)由一套高流量循環(huán)裝置組成，該裝置為反應(yīng)裝置供應(yīng)尿素溶液，布置在尿素溶液儲(chǔ)罐附近。每套流量傳輸裝置包括2臺(tái)全流量的多級(jí)SS離心泵，一用一備，內(nèi)嵌雙聯(lián)式過濾器、設(shè)有用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)循環(huán)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量以及濃度等儀表。

2）背壓控制閥（PCV）

背壓控制回路用于調(diào)節(jié)供料泵為計(jì)量裝置供應(yīng)尿素所需的穩(wěn)定流量和壓力，背壓控制閥設(shè)置一套。

3）計(jì)量分配裝置（MDM）

每臺(tái)熱解反應(yīng)器配備一套計(jì)量分配裝置。計(jì)量分配裝置能夠精確測(cè)量并獨(dú)立控制輸送到每個(gè)噴槍的尿素溶液。計(jì)量分配裝置布置在熱解反應(yīng)器附近，計(jì)量裝置用于控制通向分配裝置的尿素流量的供給。該裝置將響應(yīng)鍋爐DCS提供的噴氨信號(hào)并提供本地控制系統(tǒng)。分配模塊通過獨(dú)立尿素流量控制和區(qū)域壓力控制閥門來(lái)控制通往多個(gè)噴槍的尿素和霧化空氣的噴射速率。空氣和尿素量通過這個(gè)裝置來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)以得到適當(dāng)?shù)臍庖罕炔⒆罱K得到最佳的SCR反應(yīng)要求。

4）熱解反應(yīng)器（DC）

熱解反應(yīng)器的相關(guān)設(shè)備包括：熱解反應(yīng)器、尿素噴槍組等。熱解反應(yīng)器布置在SCR附近。經(jīng)過計(jì)量和分配裝置的尿素溶液由噴槍噴入熱解反應(yīng)器，每臺(tái)鍋爐設(shè)置1臺(tái)熱解反應(yīng)器。經(jīng)過加熱器的高溫?zé)犸L(fēng)作為熱解的熱源，反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在400℃～650℃。

（5）氨氣空氣稀釋混合系統(tǒng)

1）稀釋風(fēng)機(jī)（AB）

噴入反應(yīng)器煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5%以下氨氣的混合氣體。所選擇的風(fēng)機(jī)滿足脫除煙氣中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風(fēng)機(jī)按兩臺(tái)100%容量（一用一備）設(shè)置，風(fēng)機(jī)布置盡量靠近脫硝裝置。稀釋風(fēng)加熱后的管道及分解室后至噴氨格柵處的氨氣輸送管道采取嚴(yán)格保溫措施。

2）稀釋風(fēng)電加熱系統(tǒng)（EH）

為了節(jié)約能源，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)可以直接采用鍋爐的一次風(fēng)（如果能提供）作為尿素?zé)峤夥磻?yīng)的稀釋風(fēng)來(lái)源。由于稀釋空氣量?jī)H為一次風(fēng)量的0.5%左右，對(duì)鍋爐影響微乎其微。如采用鍋爐的一次風(fēng)，可大幅度減少尿素?zé)峤獾哪芎?。鍋爐的一次風(fēng)由稀釋風(fēng)機(jī)加壓送至電加熱器進(jìn)行溫度提升，達(dá)到尿素?zé)峤馐业脑O(shè)計(jì)溫度，并由加熱器控制裝置維持適當(dāng)?shù)哪蛩胤纸夥磻?yīng)溫度。

尿素?zé)峤庋b置系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 尿素?zé)峤庋b置系統(tǒng)流程

3.2 控制系統(tǒng)

本項(xiàng)目為自主研制的尿素?zé)峤庀到y(tǒng)開發(fā)了配套的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)：基于尿素?zé)峤膺€原劑制備工藝完成快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，基于自適應(yīng)控制+前饋反饋控制手段，使得還原劑生成制備及時(shí)跟蹤鍋爐熱負(fù)荷變化及NOx入口濃度變化，使得在入口條件快速變化，而出口反饋相對(duì)滯后的基本條件下，SCR裝置能夠及時(shí)調(diào)整尿素加入量和噴氨量，從而確保脫硝效率穩(wěn)定以及氨出口逃逸率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。具體控制策略如下：

（1）進(jìn)出口NOx含量應(yīng)根據(jù)進(jìn)口O2含量，折算為在6%O2下的數(shù)據(jù)。

（2）SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)依據(jù)確定的NH3/NOx摩爾比來(lái)提供所需要的熱解尿素溶液流量，進(jìn)口NOx濃度和鍋爐負(fù)荷（對(duì)應(yīng)煙氣流量）的乘積產(chǎn)生NOx流量信號(hào)，此信號(hào)乘上所需NH3/NOx摩爾比就是基本尿素溶液流量信號(hào)（前饋信號(hào)），所計(jì)算出的尿素溶液流量需求信號(hào)送到PLC控制器并和真實(shí)尿素溶液流量的信號(hào)相比較，所產(chǎn)生的誤差信號(hào)經(jīng)比例加積分動(dòng)作處理送噴槍前的尿素溶液流量控制閥進(jìn)行定位。通過此前饋過程保證控制系統(tǒng)能夠快速跟蹤鍋爐的負(fù)荷變化或入口NOx濃度的變化。

（3）同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)脫硝效率67%，依據(jù)入口NOx濃度和設(shè)計(jì)中要求的最大≤3.0ppm的氨逃逸率計(jì)算出修正的摩爾率（反饋信號(hào)）并輸入在尿素溶液流量控制系統(tǒng)的程序上。SCR控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的氨氣流量需求信號(hào)去定位尿素溶液流量控制閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硝的自動(dòng)控制。通過在不同負(fù)荷下對(duì)尿素溶液流量的調(diào)整，找到最佳的噴氨量。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)尿素流量的精確控制，確保氨逃逸率滿足設(shè)計(jì)要求，避免過量噴氨的情況。

4 典型工程應(yīng)用

本項(xiàng)目技術(shù)在集中供熱鍋爐房領(lǐng)域的典型應(yīng)用為北京市順義城北供熱中心3#鍋爐SCR煙氣脫硝工程。該項(xiàng)目已于2012年1月投產(chǎn)，2012年1月15日通過了72小時(shí)連續(xù)試運(yùn)行，并通過了環(huán)保測(cè)試驗(yàn)收。隨后投入正式連續(xù)運(yùn)行。脫硝效率在負(fù)荷變化及入口NOx濃度變化下，保持穩(wěn)定，效率維持在80%～90%，煙囪排放CEMS測(cè)試值始終滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，NOx排放濃度低于100mg/Nm3（折算后），系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

該工程72小時(shí)連續(xù)試運(yùn)行及后續(xù)連續(xù)運(yùn)行過程中的NOx脫除效率曲線、鍋爐負(fù)荷曲線如圖5所示；氨逃逸曲線如圖6所示。

圖5 負(fù)荷與效率曲線

圖6 氨逃逸曲線

5 結(jié)語(yǔ)

集中供熱鍋爐房是具有我國(guó)特色的供熱行業(yè)和領(lǐng)域，其鍋爐運(yùn)行具有晝夜及短時(shí)負(fù)荷變化大、各段爐溫不穩(wěn)定的特點(diǎn)，在推進(jìn)集中供熱鍋爐房煙氣脫硝減排的過程中，現(xiàn)有的脫硝工藝對(duì)負(fù)荷頻繁變化、爐溫變化難以適應(yīng)，原有SCR脫硝技術(shù)無(wú)法達(dá)到連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，直接移植到本工程領(lǐng)域是不可行的，導(dǎo)致NOx減排難以推進(jìn)。本項(xiàng)目通過以下幾個(gè)方面的開發(fā)和應(yīng)用解決了以上問題：

（1）鍋爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化及改造：調(diào)整鍋爐結(jié)構(gòu)及燃燒過程，從而保證在負(fù)荷劇烈變化的情況下，爐溫波動(dòng)能夠滿足催化劑溫度范圍的要求；

（2）物料平衡與熱量平衡研究：對(duì)整個(gè)煙氣脫硝過程工藝進(jìn)行模擬研究，建立物料平衡、能量平衡、化學(xué)反應(yīng)平衡的虛擬工程平臺(tái)；

（3）SCR脫硝裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)：根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)變化及SCR反應(yīng)過程要求，基于三維數(shù)值模型，使SCR系統(tǒng)符合SCR工藝過程要求，并滿足集中供熱鍋爐房整體布置要求；

（4）快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)使得在入口條件快速變化，而出口反饋相對(duì)滯后的基本條件下，SCR裝置能夠及時(shí)調(diào)整尿素加入量和噴氨量，從而確保脫硝效率穩(wěn)定以及氨出口逃逸率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過以上各方面的技術(shù)創(chuàng)新工作，確保了本項(xiàng)目SCR工程裝置在鍋爐熱負(fù)荷變化及NOx入口濃度等入口條件快速變化的狀態(tài)下，達(dá)到并保持高脫硝效率以及低氨逃逸率，具備對(duì)負(fù)荷和NOx濃度的快速跟蹤能力。順義城北供熱中心3#爐（64MW）脫硝工程采用本項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)建造，環(huán)保驗(yàn)收實(shí)測(cè)脫硝效率達(dá)到88.9%，氨逃逸率低于1ppm，并歷經(jīng)了連續(xù)運(yùn)行考驗(yàn)，應(yīng)用效果顯著。

Development and Application in Flue Gas Denitration Technology of Concentrated Heat Supply Boiler

WEI Chun-wang, GAO Hong-rui, ZHANG Feng-quan, LI Dan, HOU Wei-ran, ZHOU You
(Beijing Shunyi Dalong Urban and Rural Construction Development General Co., Beijing 101300, China)

Through the improvement of boiler structure, optimization of SCR technology device, reducing agent preparation of fast track load variation, development and application on control and adjustment technology, the technical demand of flue gas denitration project in boiler house of concentrated heat supply is met effectively and flue gas denitration technology of concentrated heat supply boiler is developed successfully. In practical engineering application and at different load segment, the temperature is ensured at the entry segment from boiler to SCR device in order to meet the demand of denitration. Meanwhile the ammonia escape rate is ensured so as to meet the design requirement, and safety and steady operation of the boiler is assured.

flue gas denitration; SCR; concentrated heat supply; boiler

X701

A

1006-5377（2012）04-0043-06