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摘 要： 垃圾发电作为垃圾处理的民生工程，在解决垃圾围城的同时，还能作为源料焚烧发电。但是垃圾是焚烧时会产生大量的酸性气体和氮氧化物气体，本文介绍了垃圾发电厂中的脱硝方面的系统控制。
关键词： 垃圾发电；SNCR；NOX
1 引言
为达到国家环保要求，垃圾发电厂的尾气排放前要将烟气进行处理，主要有三个部分：脱硝、脱酸、除尘。
其中脱硝是指除去烟气中氮氧化物的过程，主流的处理工艺是SCR和SNCR。某垃圾发电厂共建三台垃圾焚烧炉，每台炉日处理量为750T/D，脱硝系统采用的是SNCR方式，根据设计要求，氨水小时平均消耗量大概为150 kg/h。围绕设计要求，本文对此垃圾电厂的SNCR控制进行分析。
2 SNCR控制过程
SNCR运用于焚烧炉正常运行时减少用户现有锅炉氧化氮排放量。还原剂（某垃圾发电厂采用氨水作为还原剂）雾化喷入锅炉内，根据氮氧化物还原反应，炉内氧化氮转化为水蒸气和氮气。
SNCR指含还原剂同一氧化氮（N0）及二氧化氮（N02）在850至1050°C温度下，根据下列化学反应式，发生的还原反应。
2NH3 + 2NO + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O
某垃圾电厂整个SNCR脱硝系统是由PLC进行控制，按照控制区域和功能将SNCR分为如下七个模块进行控制：
（1）储氨罐模块；
储氨罐作为氨水存储容器，控制与参数测量必不可少，PLC将根据液位和压力以及热探测仪得来的信号自动控制。当进氨时，PLC程序逻辑判断氨罐液位高时将停止卸氨泵。运行时，PLC程序逻辑判断氨罐液位低低，PLC保护停止锅炉供氨泵。虽然储氨罐只是简单的顺序控制，不过由于氨的危险性，此简单的液位控制就变得尤为重要。除此外，氨罐增加了氨泄漏报警，当氨水泄漏浓度大于800PPM时，跳供氨泵并停运SNCR系统。
（2）储氨罐加注模块；
储氨罐加氨是根据储氨罐液位要求进行卸氨，卸氨控制以手动方式进行，卸氨系统有2台卸氨泵和卸对应的气动门。卸氨泵间无电气联锁控制，不过卸氨泵与出口气动门存在联锁开顺控。
（3）氨输送模块
氨水輸送系统有2台供氨泵和1台供氨泵出口母管气动门，2台供氨泵一用一备。供氨泵无自启动方式，运行时运行人员手动启动供氨泵。当供氨泵出口母管温度高于35℃时，系统报警并保护停供氨泵。
（4）稀释水输送模块
SNCR的稀释水是去离子水。稀释水系统是安装在锅炉区零米，每台焚烧炉配置1个稀释水箱和2台稀释水泵，稀释水箱上安装有静压式液位计。当水箱液位低至650mm时开气动门进行补水，当液位高于1000mm时关气动门停止补水。稀释水泵是将去离子水输送至炉前混合柜内，当稀释水箱液位低于300mm时稀释水泵保护停。
（5）氨水稀释水混合稀释模块
氨水稀释水混合稀释模块是SNCR控制的重点。氨水在喷进焚烧炉内时，在炉前混合柜与去离子水进行混合稀释。氨水和稀释水进入混合柜时各自有流量计和压力变送器进行流量和压力测量并引入PLC。在PLC程序里，并设定氨水流量与稀释水流量之和为600kg/h，氨水流量最大设计为182 kg/h。
混合柜系统是将浓度25%的氨水与稀释水混合稀释到浓度10 %左右，并保证运行工况变化时喷嘴中的流体压力；经过混合流量的比例对氨水和稀释水气动调节阀进行调节设定。当锅炉负荷或炉膛出口的NOX浓度变化时，通过PID功能块计算，调节氨水和离子水的混合比例，使混合液的氨水浓度发生变化以满足NOX浓度的调整。
（6）氨喷射模块
每台炉的喷氨系统分布有3层喷枪，每层喷枪有7个，分别位于锅炉的9m，14.5m，17m标高。NOX浓度和温度传感器将信号发送到PLC，PLC将控制调整喷射截面。当温度变化时，PLC程序根据设定的温度范围选择投入哪一层喷枪，并实时调整氨水喷射量以保证系统经济有效运行。
（7） 控制系统单元模块
SNCR是一套西门子S-300PLC系统，CPU通过PROFIBUS-DP通讯方式与炉前混合柜M1、M2、M3和氨储罐区里的IM153接口模块通讯；通过MPI方式与MP377操作台面板通讯；系统还通过PROFIBUS-DP接口将整个SNCR脱销系统相关状态信号开放通讯至全厂DCS。
3 SNCR控制分析
SNCR在运行中存在多种影响效率的因素，根据某垃圾发电厂总结，主要有如下因素影响：（1）混合柜内压缩空气的压力（2）混合柜氨水压力（3）喷枪的雾化效果（4）进入单支喷枪的氨水混合液管道堵塞（5）氨水混合液母管至單支分管压力分配不均匀（6）喷枪处压缩空气压力略大于氨水进入压力（7）锅炉内部温度过高或过低（最适还原剂与烟气反应温度在850～1050℃）（8）锅炉负荷波动过大。
为解决提高脱硝效率，可作出下面的处理方式：
（1）混合柜内压缩空气压、氨水压力、稀释水压力的设定会影响到氨水的喷射。经过多次实际工况试验得出，正常的压力按如下表格调节：
（2）喷枪雾化效果和管道堵塞则要求机务专业人员定期清洗。
（3）这里重点谈谈氮氧化物浓度和炉温对SNCR的控制影响。我们从PLC程序可看出，SNCR的控制主要围绕氮氧化物浓度进行控制，逻辑如下：
由上图可看出，PI回路调节运算中的NOX作为PV值，对PI的回路运算影响很大。从工况条件看，NOX的采样测量是在烟囱处，喷氨枪是在锅炉炉膛一通道，烟气从氨枪位置流通到烟囱，中间经过炉膛二通道、炉膛三通道、过热器、省煤器、脱酸反应塔、布袋除尘后由烟囱排放，烟气由CEMS系统采样后分析需要时间。烟气经过喷氨到NOX测量结果大约用时120秒以上，如锅炉负荷发生变化，炉内温度随负荷变高变低时NOX的PID自动控制严重滞后。而氨水的催化还原反应最佳温度是在850至1050°C，为加强NOX的自动控制，将上图中的红色部分显示的喷枪层温度引入到PLC的PI回路调节运算，用为PI运算的前馈计算，提前加大氨水调节，避免因测量滞后影响NOX控制。
4 结束语
随着垃圾焚烧行业发展越来越快，烟气排放标准越来越严格，SNCR的控制将会更加设计更完善。作为热控人员，在技术日新月异的趋势下，加强能力培训和不断调整完善自动控制功能。■
关键词： 垃圾发电；SNCR；NOX
1 引言
为达到国家环保要求，垃圾发电厂的尾气排放前要将烟气进行处理，主要有三个部分：脱硝、脱酸、除尘。
其中脱硝是指除去烟气中氮氧化物的过程，主流的处理工艺是SCR和SNCR。某垃圾发电厂共建三台垃圾焚烧炉，每台炉日处理量为750T/D，脱硝系统采用的是SNCR方式，根据设计要求，氨水小时平均消耗量大概为150 kg/h。围绕设计要求，本文对此垃圾电厂的SNCR控制进行分析。
2 SNCR控制过程
SNCR运用于焚烧炉正常运行时减少用户现有锅炉氧化氮排放量。还原剂（某垃圾发电厂采用氨水作为还原剂）雾化喷入锅炉内，根据氮氧化物还原反应，炉内氧化氮转化为水蒸气和氮气。
SNCR指含还原剂同一氧化氮（N0）及二氧化氮（N02）在850至1050°C温度下，根据下列化学反应式，发生的还原反应。
2NH3 + 2NO + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O
某垃圾电厂整个SNCR脱硝系统是由PLC进行控制，按照控制区域和功能将SNCR分为如下七个模块进行控制：
（1）储氨罐模块；
储氨罐作为氨水存储容器，控制与参数测量必不可少，PLC将根据液位和压力以及热探测仪得来的信号自动控制。当进氨时，PLC程序逻辑判断氨罐液位高时将停止卸氨泵。运行时，PLC程序逻辑判断氨罐液位低低，PLC保护停止锅炉供氨泵。虽然储氨罐只是简单的顺序控制，不过由于氨的危险性，此简单的液位控制就变得尤为重要。除此外，氨罐增加了氨泄漏报警，当氨水泄漏浓度大于800PPM时，跳供氨泵并停运SNCR系统。
（2）储氨罐加注模块；
储氨罐加氨是根据储氨罐液位要求进行卸氨，卸氨控制以手动方式进行，卸氨系统有2台卸氨泵和卸对应的气动门。卸氨泵间无电气联锁控制，不过卸氨泵与出口气动门存在联锁开顺控。
（3）氨输送模块
氨水輸送系统有2台供氨泵和1台供氨泵出口母管气动门，2台供氨泵一用一备。供氨泵无自启动方式，运行时运行人员手动启动供氨泵。当供氨泵出口母管温度高于35℃时，系统报警并保护停供氨泵。
（4）稀释水输送模块
SNCR的稀释水是去离子水。稀释水系统是安装在锅炉区零米，每台焚烧炉配置1个稀释水箱和2台稀释水泵，稀释水箱上安装有静压式液位计。当水箱液位低至650mm时开气动门进行补水，当液位高于1000mm时关气动门停止补水。稀释水泵是将去离子水输送至炉前混合柜内，当稀释水箱液位低于300mm时稀释水泵保护停。
（5）氨水稀释水混合稀释模块
氨水稀释水混合稀释模块是SNCR控制的重点。氨水在喷进焚烧炉内时，在炉前混合柜与去离子水进行混合稀释。氨水和稀释水进入混合柜时各自有流量计和压力变送器进行流量和压力测量并引入PLC。在PLC程序里，并设定氨水流量与稀释水流量之和为600kg/h，氨水流量最大设计为182 kg/h。
混合柜系统是将浓度25%的氨水与稀释水混合稀释到浓度10 %左右，并保证运行工况变化时喷嘴中的流体压力；经过混合流量的比例对氨水和稀释水气动调节阀进行调节设定。当锅炉负荷或炉膛出口的NOX浓度变化时，通过PID功能块计算，调节氨水和离子水的混合比例，使混合液的氨水浓度发生变化以满足NOX浓度的调整。
（6）氨喷射模块
每台炉的喷氨系统分布有3层喷枪，每层喷枪有7个，分别位于锅炉的9m，14.5m，17m标高。NOX浓度和温度传感器将信号发送到PLC，PLC将控制调整喷射截面。当温度变化时，PLC程序根据设定的温度范围选择投入哪一层喷枪，并实时调整氨水喷射量以保证系统经济有效运行。
（7） 控制系统单元模块
SNCR是一套西门子S-300PLC系统，CPU通过PROFIBUS-DP通讯方式与炉前混合柜M1、M2、M3和氨储罐区里的IM153接口模块通讯；通过MPI方式与MP377操作台面板通讯；系统还通过PROFIBUS-DP接口将整个SNCR脱销系统相关状态信号开放通讯至全厂DCS。
3 SNCR控制分析
SNCR在运行中存在多种影响效率的因素，根据某垃圾发电厂总结，主要有如下因素影响：（1）混合柜内压缩空气的压力（2）混合柜氨水压力（3）喷枪的雾化效果（4）进入单支喷枪的氨水混合液管道堵塞（5）氨水混合液母管至單支分管压力分配不均匀（6）喷枪处压缩空气压力略大于氨水进入压力（7）锅炉内部温度过高或过低（最适还原剂与烟气反应温度在850～1050℃）（8）锅炉负荷波动过大。
为解决提高脱硝效率，可作出下面的处理方式：
（1）混合柜内压缩空气压、氨水压力、稀释水压力的设定会影响到氨水的喷射。经过多次实际工况试验得出，正常的压力按如下表格调节：
（2）喷枪雾化效果和管道堵塞则要求机务专业人员定期清洗。
（3）这里重点谈谈氮氧化物浓度和炉温对SNCR的控制影响。我们从PLC程序可看出，SNCR的控制主要围绕氮氧化物浓度进行控制，逻辑如下：
由上图可看出，PI回路调节运算中的NOX作为PV值，对PI的回路运算影响很大。从工况条件看，NOX的采样测量是在烟囱处，喷氨枪是在锅炉炉膛一通道，烟气从氨枪位置流通到烟囱，中间经过炉膛二通道、炉膛三通道、过热器、省煤器、脱酸反应塔、布袋除尘后由烟囱排放，烟气由CEMS系统采样后分析需要时间。烟气经过喷氨到NOX测量结果大约用时120秒以上，如锅炉负荷发生变化，炉内温度随负荷变高变低时NOX的PID自动控制严重滞后。而氨水的催化还原反应最佳温度是在850至1050°C，为加强NOX的自动控制，将上图中的红色部分显示的喷枪层温度引入到PLC的PI回路调节运算，用为PI运算的前馈计算，提前加大氨水调节，避免因测量滞后影响NOX控制。
4 结束语
随着垃圾焚烧行业发展越来越快，烟气排放标准越来越严格，SNCR的控制将会更加设计更完善。作为热控人员，在技术日新月异的趋势下，加强能力培训和不断调整完善自动控制功能。■