首页 >  环境保护 >  循环流化床机组烟气脱硝控制系统改进

我国“十二五”规划明确将氮氧化物(NOx)总量控制纳入环境治理的重点。2015年“两会”期间要求打好节能减排和环境治理的攻坚战,SO2、NOx排放应分别减少3%和5%,要深入实施大气污染防治行动计划,实行区域联防联控,推动燃煤电厂超低排放改造,促进重点区域煤炭消费零增长。

循环流化床(circulatingfluidizedbed,CFB)锅炉燃烧技术由于其高效、低污染、燃料适应性强和污染物排放低的优点,近几年得到了迅速发展。一般情况下,CFB锅炉生成的NOx质量浓度(以下简称“浓度”)在200~300mg/m3(标准状态,下同),因此对烟气中的NOx脱硝效率要求在50%~80%即可实现低排放要求。选择性非催化还原(ivenon-catalyticreduction,SNCR)脱硝技术与CFB锅炉烟气脱硝具有较高的契合度:CFB锅炉炉膛出口温度适合SNCR烟气脱硝,NOx初始浓度低,脱硝效率要求不高,因此在循环流化床锅炉上应用SNCR技术对系统进行改进即可实现超低排放。

1、SNCR脱硝技术

SNCR脱硝技术,就是在不添加催化剂的条件下,在炉膛烟气适宜温度下加入还原剂与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。

1.1 SNCR工艺原理及其系统

一般SNCR烟气脱硝系统的还原剂主要是氨和尿素。

以氨(NH3)为还原剂时的化学反应式为

以尿素(CO(NH2)2)为还原剂时的化学反应式为:

以氨为还原剂时,没有副产物产生且装置简单适合烟气脱硝处理;以尿素为还原剂时,在反应过程中可能产生CO的排放问题。

SNCR烟气脱硝系统主要包括还原剂储存系统、还原剂配送系统、还原剂吹脱混合系统、还原剂计量系统、还原剂喷射系统以及其他工艺辅助系统(电气、控制以及其他公用设施)。某电厂SNCR烟气脱硝系统是以质量分数为20%~25%的液氨为还原剂,脱硝工艺流程如图1所示。

循环流化床机组烟气脱硝控制系统改进

1.2 SNCR的技术特点

SNCR技术应用在CFB锅炉上具有以下优点:

a)烟气脱硝装置的安装不需要改变现有锅炉设备,只需添加还原剂的储存装置和喷射装置,系统结构简单。

b)系统投资小,与选择性催化还原(ivecatalyticreduction,SCR)技术相比,在系统运行中不需要昂贵的催化剂,特别适合锅炉的改造。

c)阻力小,烟气脱硝系统投入整个系统中对锅炉的正常运行影响较小。

d)脱硝的还原剂一般为含有氨基的物质,还原剂来源广泛。

e)SNCR脱硝运行过程中无固体和液体的污染物或副产物产生,没有二次污染。

2、SNCR脱硝控制系统

2.1、SNCR脱硝系统控制基础

SNCR脱硝控制系统是根据机组负荷变化、燃煤煤质变化、烟气流量变化以及烟气中NOx浓度变化等情况,通过调节加入的氨量来控制烟气出口排放的NOx浓度。

烟气脱硝控制在实施过程中主要对以下情况进行调整:NOx测量信号存在较长滞后,不能快速反应;整个烟气脱硝系统具有大迟延和大惯性。

2.2 烟气脱硝的控制方式———固定物质的量比控制和出口NOx定值控制

固定物质的量比控制方案是基于脱硝效率的控制方式,根据脱硝效率调节氨气流量的调节阀;出口NOx定值控制是使出口NOx浓度保持在一定值,比固定的物质的量比更容易监视,还原剂的消耗量比较小。

烟气脱硝是一个典型的大迟延、大滞后的反应过程,负荷确定的条件下燃煤煤质变化或者风量的变化都会引起出口NOx浓度出现较大的波动,常用的烟气脱硝控制技术还必须对波动现象进行补偿。

2.3烟气脱硝控制系统———出口NOx浓度和氨流量串级控制

烟气脱硝控制一般是带有前馈的串级控制系统。系统自动运行时,出口NOx浓度的比例积分微分(proportionplusintegrationplusdifferentia-tion,PID)控制器作为主回路,氨水的PID控制器为副回路。当出口NOx浓度与设定值比较出现偏差时,NOx浓度调节器(主调)根据偏差调节喷氨流量信号,通过调节氨气流量调节阀改变喷氨量,使出口NOx浓度等于给定值。常规的烟气脱硝系统如图2所示,图3为烟气脱硝串级控制系统的结构。

循环流化床机组烟气脱硝控制系统改进

3、烟气脱硝控制系统改进及仿真分析

3.1 脱硝控制系统试验

对控制对象进行试验,调节阀阶跃扰动下可以得到氨气流量响应曲线和出口NOx浓度对氨气流量的响应曲线。

氨气流量响应函数

式中s表示一个复数变量。出口NOx浓度响应函数

利用MATLAB工具箱对控制对象和串级控制系统做阶跃响应可得到如图4所示的3条曲线。

转载请注明:中国土木工程网 » 循环流化床机组烟气脱硝控制系统改进