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【内容摘要】
某热电有限公司#1～3高温高压煤粉锅炉进行脱硝改造，新建#4高温高压煤粉锅炉采进行脱硝设计。本文以此为例，主要介绍了脱硝控制系统设计，对类似工程的设计起到借鉴参考的意义。
【关键词】
脱硝;仪表选型;DCS
本工程#1～3高温高压煤粉锅炉采用尿素作为还原剂，采用SNCR+SCR技术进行烟气脱硝改造，新建#4高温高压煤粉锅炉采用尿素热解制备氨气，采用SCR技术对烟气进行脱硝。#1、#2、#3锅炉最终NOx排放浓度不大于200mg/Nm3;#4锅炉最终NOx排放浓度不大于88mg/Nm3。由于工艺过程复杂且全厂运行管理水平要求较高，对控制系统的设计提出了较高的要求。本文对工艺流程进行介绍、对控制系统进行分析和设计，总结并完善了本工程脱硝的控制系统设计，对类似工程的设计起到借鉴参考的意义。
一、脱硝工艺系统。
(一)概述。
烟气脱硝系统包括尿素储存与供应系统和脱硝反应系统两部分。SNCR系统喷射区域和SCR系统反应器本体是实现还原反应场所;尿素溶液制备、储存与供应系统是还原剂尿素卸装、储存的场所。
(二)主要工艺系统控制。
工程尿素区系统为公用系统，所以#1～3机组SNCR脱硝系统与#4SCR尿素热解脱硝系统控制主要包括尿素溶液配制系统控制、尿素溶液供料系统控制、在线稀释系统控制、SNCR计量与分配系统控制、炉前喷射系统控制、热解室计量分配系统控制、热解室控制以及加热器温度控制等几部分。
二、脱硝控制系统概述。
(一)控制系统基本原则。
本工程#4机组脱硝系统与机组同步建设，故将脱硝系统的控制纳入#4单元控制系统;#1～3机组为已建锅炉增设脱硝系统，采用分散控制系统DCS，#3机组将脱硝系统控制纳入已建成的机组单元控制系统，以达到与机炉统一监视或控制的目的。
(二)控制方式。
为保证烟气脱硝效果和烟气脱硝设备的安全经济运行，本工程将设置以DCS为核心的完整的检测、调节、联锁和保护装置，实现以DCS操作员站为监视和控制中心，对整个脱硝系统的集中控制。每台机组脱硝反应区各设置一面DCS控制柜，各设置一台操作员站(兼工程师站)，尿素区设置一面DCS控制柜及一台操作员站(兼工程师站)。尿素区采用独立DCS，与脱硝区DCS系统同平台，以方便运行和减少配品备件。
(三)热工保护。
本工程#4机组脱硝装置的热工保护纳入到#4机组DCS，设计有防止误动和扰动的措施，保护系统电源不会导致误发动作指令，操作指令中热工保护系统指令优先于任何指令。热工保护系统应遵守以下原则:一是单独设置重要的保护系统的逻辑控制。二是重要的保护系统设有独立的I/O通道，并有电隔离措施。三是互为冗余的I/O信号通过不同的I/O卡件引入DCS。四是触发脱硝装置停运的保护信号设置专用的检测仪表。五是脱硝与机组DCS间用于保护的信号全部采用硬接线。
三、仪表的选型
(一)热工检测信号及仪表选型类型。
脱硝系统的检测主要包括以下几点:一是脱硝工艺系统运行所需主要参数。二是脱硝辅机的各种运行状态。三是仪用电源、仪用压缩空气的供给状态和运行参数。四是如有必要，选取重要的环境参数。五是氨逃逸取样分析仪。
(二)仪表选型的特殊要求。
第一，由于脱硝系统中烟气流速较大、含尘量高，SNCR中烟气温度高，热电偶在选型时考虑防烧坏及防磨，并考虑可靠性，应选择烟风耐磨双支热电偶，SNCR中选择高温烟风耐磨双支热电偶。第二，脱硝反应区流量测量主要为气体流量的测量，尿素区流量测量主要为液体流量的测量，可选用以下测量方式:一是差压测量方式，可选择标准流量孔板、威力巴等。二是一体化流量仪表，可选择涡街式流量计、转子流量计、科里奥利质量流量计。本工程结合与业主所签协议的要求以及仪表的精度、安装方便等要求，最终全部选定转子流量计，既满足测量要求，又减少备品备件的数量。第三，脱硝工程中烟气的检测与分析具有一定的特殊性，主要表现为管路堵塞问题。其原因如下:一是高尘测量环境的影响。高尘会造成取样管路堵塞，需要注意取样头的材质和过滤器的设计及选择。二是除高尘之外，NH3也会加剧阻塞的出现。NH3是水溶性气体，非常容易被吸附，也很容易与酸反应，在热湿条件下，如未反应的剩余NH3较多，可能产生NH4NO3、NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4HSO3和(NH4)2SO3造成堵塞。适当提高伴热管线温度，可减少管道结露。第四，NH3易溶于水，理想条件下，过剩NH3很少，很容易被吸附。因此，NH3测量方法通常采用直接安装测量法。本工程采用激光法测量氨气逃逸浓度，安装采用斜角对射方式。
四、结语
本工程脱硝系统采用DCS系统进行控制，提高了控制系统的可靠性，同时将脱硝控制系统纳入到机炉控制系统中，与机炉统一监视或控制，提高了工作效率，降低了劳动强度，保证了生产运行的安全、稳定。由于脱硝控制系统不是独立的控制系统，在设计前要对机炉控制系统的要求及接口进行确认，控制设备的布置也要充分考虑现场对设备的影响并且方便人员检修与维护。
作者：马雪翠 李小军 李建锁 单位：中国核电工程有限公司河北分公司
【参考文献】
［1］孙克勤，钟秦．火电厂烟气脱硝技术及工程应用［M］．北京:化学工业出版社，2006
［2］夏怀祥，段传和等．选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝［M］．北京:中国电力出版社，2012
［3］段传和，夏怀祥等．选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝［M］．北京:中国电力出版社，2013