火电机组热解尿素法脱硝控制优化.pdfVIP

摘要：

随着国家能源局《电力行业危险化学品安全风险集中治理实施方案》对火电

厂液氨改尿素工程时限的明确，尿素制氨在火电厂脱硝控制系统中的应用越来越

广泛。热解尿素法是尿素制氨工艺的一种，现通过对其在某电厂中的运行现状进

行分析，提出SCR出口氮氧化物采用多点取样测量方式，并结合改进型基于氨氮

摩尔比的串级PID脱硝控制策略进行优化，同时设置两侧SCR反应器出口氮氧化

物调平控制回路。最终通过实施，有效降低了该厂氨单耗，达到了节能降耗的目

标。

关键词：

热解尿素；脱硝控制；节能

0引言

近年来，国家环保标准逐渐提高，监管力度也不断加大。氮氧化物作为火电

厂烟气中的一种主要污染物，一直是火电厂环保治理的重点。目前，火电厂脱硝

治理主流方法为SCR脱硝技术，其一般采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，

将氮氧化物还原成氮气和水，从而达到脱硝的目的。

火电厂制备氨气主要有液氨法、水解尿素法和热解尿素法。液氨法由于其危

险性，目前正在进行改造、替代。根据国家能源局印发的《电力行业危险化学品

安全风险集中治理实施方案》要求，全国公用燃煤电厂的液氨一级、二级重大危

险源尿素替代改造工程要于2022年12月底前完成，液氨三级、四级重大危险源

尿素替代改造工程要于2024年底前完成。

某火电机组采用热解尿素法制备氨气、SCR脱硝方式。

1热解尿素法制氨系统概况

尿素热解系统主要包括尿素溶液制备输送系统、热解炉系统、压缩空气系统，

如图1所示。

尿素溶液制备输送系统将尿素颗粒用一定比例的除盐水溶解，并储存于尿素

溶液储罐。尿素溶液输送泵将尿素溶液储罐中的尿素溶液输送至计量分配装置，

经计量分配后由尿素溶液喷枪雾化后进入热解炉分解为氨气，尿素溶液喷枪投入

数量根据尿素消耗量实时调整。

热解炉热源采用电加热热一次风方式，将雾化进入热解炉的尿素溶液快速分

解为氨气、水和二氧化碳，并经机组供氨母管输送至A、B侧SCR反应器。

压缩空气用于尿素溶液的雾化和尿素喷枪的密封，由厂区仪用压缩空气管网

提供。

热解尿素化学反应式为：

SCR（选择性催化还原）烟气脱硝技术以其稳定、高效等特点被国内外燃煤

电厂脱硝工程广泛采用，其主要化学反应式为：

[3]

SCR脱硝装置具有反应温度低、反应产物清洁、脱硝效率高、布置灵活以及

技术成熟等优点。

某火电机组烟气脱硝采用热解尿素法制氨、SCR脱硝方式，在机组日常运行

过程中，净烟气氮氧化物浓度波动较大。通过对其具体运行现状的分析，制订了

针对性的改造、优化措施，并在机组检修期间进行了改造优化，取得了良好成效。

2机组运行现状分析

（1）SCR出口氮氧化物测点不合理，采用单点测量方式，测量数据不能良

好表征SCR出口实际氮氧化物浓度。且由于单点测量手段受限，各喷氨格栅支管

手动调阀调节没有良好依据，导致SCR反应器内喷氨不均，整体脱硝效率偏低。

（2）脱硝自动控制策略不合理。机组脱硝控制采用简单的氨氮摩尔比控制，

SCR出口氮氧化物浓度长期低于目标值，导致氨耗偏高，运行人员为降低氨耗，

需频繁修改SCR出口氮氧化物浓度目标值，大大增加了运行人员的工作强度。

（3）尿素喷枪流量调节控制速率太慢，在机组需氨量发生变化时不能及时

调整，从而造成整个脱硝系统调节品质差，动态时波动过大，经常需要手动干预。

3优化措施

3.1SCR出口氮氧化物浓度多点取样测量技术

将SCR出口氮氧化物浓度由单点测量改为多点取样测量方式。以A侧为例，

在A侧SCR反应器出口截面上分别设置8个烟气取样口，将烟气抽取至CEMS分

析仪。A、B侧SCR出口氮氧化物浓度多点测量技术结构如图2所示。

该多点取样测量系统有3种工作模式：单点测量模式、混合测量模式和轮测

测量模式。

单点测量模式工作时，CEMS分析仪连续对设定的某一取样口烟气进行测量，

其他7个取样口的烟气不进行测量。运行过程中可根据实际情况选择一个能良好

表征反应器出口氮氧化物浓度的取样口进行持续测量。

混合测量模式工作时，CEMS分析仪将8个取样口抽取的烟气混合后进行测

量。

轮测测量模式工作时，CEMS分析仪对8个取样口抽取的烟气依次进行测量，

此时可根据各取样口烟气氮氧化物浓