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【內(nèi)容摘要】

某熱電有限公司#1～3高溫高壓煤粉鍋爐進(jìn)行脫硝改造，新建#4高溫高壓煤粉鍋爐采進(jìn)行脫硝設(shè)計(jì)。本文以此為例，主要介紹了脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對類似工程的設(shè)計(jì)起到借鑒參考的意義。

【關(guān)鍵詞】

脫硝;儀表選型;DCS

本工程#1～3高溫高壓煤粉鍋爐采用尿素作為還原劑，采用SNCR+SCR技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝改造，新建#4高溫高壓煤粉鍋爐采用尿素?zé)峤庵苽浒睔猓捎肧CR技術(shù)對煙氣進(jìn)行脫硝。#1、#2、#3鍋爐最終NOx排放濃度不大于200mg/Nm3;#4鍋爐最終NOx排放濃度不大于88mg/Nm3。由于工藝過程復(fù)雜且全廠運(yùn)行管理水平要求較高，對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。本文對工藝流程進(jìn)行介紹、對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，總結(jié)并完善了本工程脫硝的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對類似工程的設(shè)計(jì)起到借鑒參考的意義。

一、脫硝工藝系統(tǒng)。

(一)概述。

煙氣脫硝系統(tǒng)包括尿素儲存與供應(yīng)系統(tǒng)和脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分。SNCR系統(tǒng)噴射區(qū)域和SCR系統(tǒng)反應(yīng)器本體是實(shí)現(xiàn)還原反應(yīng)場所;尿素溶液制備、儲存與供應(yīng)系統(tǒng)是還原劑尿素卸裝、儲存的場所。

(二)主要工藝系統(tǒng)控制。

工程尿素區(qū)系統(tǒng)為公用系統(tǒng)，所以#1～3機(jī)組SNCR脫硝系統(tǒng)與#4SCR尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)控制主要包括尿素溶液配制系統(tǒng)控制、尿素溶液供料系統(tǒng)控制、在線稀釋系統(tǒng)控制、SNCR計(jì)量與分配系統(tǒng)控制、爐前噴射系統(tǒng)控制、熱解室計(jì)量分配系統(tǒng)控制、熱解室控制以及加熱器溫度控制等幾部分。

二、脫硝控制系統(tǒng)概述。

(一)控制系統(tǒng)基本原則。

本工程#4機(jī)組脫硝系統(tǒng)與機(jī)組同步建設(shè)，故將脫硝系統(tǒng)的控制納入#4單元控制系統(tǒng);#1～3機(jī)組為已建鍋爐增設(shè)脫硝系統(tǒng)，采用分散控制系統(tǒng)DCS，#3機(jī)組將脫硝系統(tǒng)控制納入已建成的機(jī)組單元控制系統(tǒng)，以達(dá)到與機(jī)爐統(tǒng)一監(jiān)視或控制的目的。

(二)控制方式。

為保證煙氣脫硝效果和煙氣脫硝設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，本工程將設(shè)置以DCS為核心的完整的檢測、調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖和保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)以DCS操作員站為監(jiān)視和控制中心，對整個脫硝系統(tǒng)的集中控制。每臺機(jī)組脫硝反應(yīng)區(qū)各設(shè)置一面DCS控制柜，各設(shè)置一臺操作員站(兼工程師站)，尿素區(qū)設(shè)置一面DCS控制柜及一臺操作員站(兼工程師站)。尿素區(qū)采用獨(dú)立DCS，與脫硝區(qū)DCS系統(tǒng)同平臺，以方便運(yùn)行和減少配品備件。

(三)熱工保護(hù)。

本工程#4機(jī)組脫硝裝置的熱工保護(hù)納入到#4機(jī)組DCS，設(shè)計(jì)有防止誤動和擾動的措施，保護(hù)系統(tǒng)電源不會導(dǎo)致誤發(fā)動作指令，操作指令中熱工保護(hù)系統(tǒng)指令優(yōu)先于任何指令。熱工保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則:一是單獨(dú)設(shè)置重要的保護(hù)系統(tǒng)的邏輯控制。二是重要的保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的I/O通道，并有電隔離措施。三是互為冗余的I/O信號通過不同的I/O卡件引入DCS。四是觸發(fā)脫硝裝置停運(yùn)的保護(hù)信號設(shè)置專用的檢測儀表。五是脫硝與機(jī)組DCS間用于保護(hù)的信號全部采用硬接線。

三、儀表的選型

(一)熱工檢測信號及儀表選型類型。

脫硝系統(tǒng)的檢測主要包括以下幾點(diǎn):一是脫硝工藝系統(tǒng)運(yùn)行所需主要參數(shù)。二是脫硝輔機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)。三是儀用電源、儀用壓縮空氣的供給狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。四是如有必要，選取重要的環(huán)境參數(shù)。五是氨逃逸取樣分析儀。

(二)儀表選型的特殊要求。

第一，由于脫硝系統(tǒng)中煙氣流速較大、含塵量高，SNCR中煙氣溫度高，熱電偶在選型時考慮防燒壞及防磨，并考慮可靠性，應(yīng)選擇煙風(fēng)耐磨雙支熱電偶，SNCR中選擇高溫?zé)燂L(fēng)耐磨雙支熱電偶。第二，脫硝反應(yīng)區(qū)流量測量主要為氣體流量的測量，尿素區(qū)流量測量主要為液體流量的測量，可選用以下測量方式:一是差壓測量方式，可選擇標(biāo)準(zhǔn)流量孔板、威力巴等。二是一體化流量儀表，可選擇渦街式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。本工程結(jié)合與業(yè)主所簽協(xié)議的要求以及儀表的精度、安裝方便等要求，最終全部選定轉(zhuǎn)子流量計(jì)，既滿足測量要求，又減少備品備件的數(shù)量。第三，脫硝工程中煙氣的檢測與分析具有一定的特殊性，主要表現(xiàn)為管路堵塞問題。其原因如下:一是高塵測量環(huán)境的影響。高塵會造成取樣管路堵塞，需要注意取樣頭的材質(zhì)和過濾器的設(shè)計(jì)及選擇。二是除高塵之外，NH3也會加劇阻塞的出現(xiàn)。NH3是水溶性氣體，非常容易被吸附，也很容易與酸反應(yīng)，在熱濕條件下，如未反應(yīng)的剩余NH3較多，可能產(chǎn)生NH4NO3、NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4HSO3和(NH4)2SO3造成堵塞。適當(dāng)提高伴熱管線溫度，可減少管道結(jié)露。第四，NH3易溶于水，理想條件下，過剩NH3很少，很容易被吸附。因此，NH3測量方法通常采用直接安裝測量法。本工程采用激光法測量氨氣逃逸濃度，安裝采用斜角對射方式。

四、結(jié)語

本工程脫硝系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，同時將脫硝控制系統(tǒng)納入到機(jī)爐控制系統(tǒng)中，與機(jī)爐統(tǒng)一監(jiān)視或控制，提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度，保證了生產(chǎn)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定。由于脫硝控制系統(tǒng)不是獨(dú)立的控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)前要對機(jī)爐控制系統(tǒng)的要求及接口進(jìn)行確認(rèn)，控制設(shè)備的布置也要充分考慮現(xiàn)場對設(shè)備的影響并且方便人員檢修與維護(hù)。

作者：馬雪翠 李小軍 李建鎖 單位：中國核電工程有限公司河北分公司

【參考文獻(xiàn)】

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［3］段傳和，夏懷祥等．選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝［M］．北京:中國電力出版社，2013