0 引言

目前，我国火力发电厂执行的污染物排放标准为2011年颁布的GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，该标准被称为我国史上最严标准，燃煤电厂不仅要进行脱硫，还要进行烟气脱硝^[1]，单纯依靠低氮燃烧器改造远不能满足标准要求。选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）作为一种高脱硝效率、低氨逃逸率的脱硝方式已成为诸多电厂的必然选择^[2]。SCR核心设备为脱硝喷氨及催化反应器，氨喷射前，需按一定比例进行稀释，即通过脱硝稀释风管道吹入空气将氨气稀释到适宜的比例后喷入反应器管道，实现上述功能的就是脱硝稀释风机。本文针对内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司600 MW超临界机组脱硝稀释风系统改造及控制逻辑优化进行分析，改造经验可供参考。

1 脱硝系统工艺介绍

燃煤电厂烟气脱硝系统主要由SCR脱硝反应器与脱硝反应中所需的还原剂制备系统（供氨系统）两部分组成^[3-4]。SCR脱硝反应器通常布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，通过供氨调节门控制喷氨量的多少，氨喷射格栅布置在SCR反应器上游适当位置。锅炉燃烧产生的烟气排入大气的处理流程大致为：烟气→锅炉省煤器出口烟道→垂直布置的SCR反应器→均流板→催化剂层→反应器（NOx与氨气发生反应）→回转式空气预热器→静电除尘器→引风机→烟气脱硫→烟囱。SCR烟气脱硝处理流程图如图 1所示^[5-13]。

脱硝反应中所需的还原剂制备系统（供氨系统）布置在远离锅炉及汽机房的厂区场地内，距离单元机组电子设备间较远，氨气通过氨区液氨卸料、存储和蒸发系统制备而得，制备出来的氨气经氨/空气混合器稀释后，依据锅炉运行工况所产生的烟气量控制供氨调节门的开度，进而控制与烟气中的NO_x发生化学反应的喷氨流量，实现对烟气中NO_x浓度的控制。SCR烟气脱硝反应化学方程式如式（1）—（3）所示：

(1)

(2)

(3)

2 设备概况及存在的问题

国能内蒙古呼伦贝尔发电有限公司一期2×600 MW超临界机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主研制的600 MW褐煤超临界锅炉，HG-1913/ 25.4-HM15型，单炉膛，一次中间再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构П型。汽轮机为上海汽轮机厂生产的超临界蒸汽参数、一次中间再热、单轴两缸两排汽、单背压、直接空冷式汽轮机，额定功率600 MW。机组能够以定—滑—定和定压运行方式中的任何一种方式运行，同步配套SCR烟气脱硝系统。

SCR烟气脱硝系统主体工程包括催化剂系统、反应器系统、氨喷射混合系统、还原剂（液氨）制备系统、电气系统和自动控制系统。每台锅炉配置一套SCR反应器，每套SCR反应器烟道进出口安装北京雪迪龙有限公司生产的U23系列的烟气排放连续监测设备，采用完全抽取法实现对NO_x与O₂的测量，进而实时控制氨气的喷入量。

每台机组配备2台脱硝稀释风机，每台脱硝稀释风机出口配备一个出口电动门，两台稀释风机正常工况下一运一备，互为连锁，当运行中的一台稀释风机出现故障跳闸时，另一台连锁启动。内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司使用的脱硝稀释风系统由中德合资南通大通宝富风机有限公司生产的型号为9-12 10.9D型、全压6500 Pa、流量662 m³/h、转速1450 r/min、功率45 kW的离心通风机与江苏大中电机股份有限公司生产的型号为Y2-225M-4型、功率45 kW、能效等级3级、额定电流85 A、转速1475 r/min、频率50 Hz、电压等级380 V的三相异步电动机两部分组成。为防止脱硝稀释风管被灰堵塞，脱硝稀释风机总是先于机组启动，后于机组停运，即使脱硝系统不喷氨也要保持稀释风机一直运行，属于长期持续运行设备。该厂脱硝稀释风机所配置的电动机额定电流为85 A，选用的接触器额定电流为115 A，当脱硝稀释风机长期持续运行时，电动机电流长时间在83~88 A，接触器在正常负荷下运行一段时间后，因有电流流过，线圈和触点均会发热，现场使用热成像仪检查发现，接触器发热较为严重，存在一定的安全隐患。此外，脱硝稀释风机长时间运行的能耗以及运行过程中产生的噪声和振动问题也亟需解决。

3 脱硝稀释风系统控制逻辑优化 3.1 改造前原理及控制逻辑

脱硝稀释风系统改造前原理图如图 2所示。由图 2可以看出，A、B两台脱硝稀释风机通过与其配套的各自独立的高压离心通风机、出口电动门和稀释风管道将产生的稀释风送入SCR脱硝系统中，从而起到稀释氨气的作用。

两台机组的DCS系统采用杭州和利时自动化有限公司的MACS V6控制系统，组态软件为MACS V6.5.3版本，硬件为KM系列，操作系统为Win10系统^[12]。改造前脱硝稀释风机控制逻辑和启动许可条件与连锁启动控制逻辑分别如图 3、图 4所示^[14-15]。

以脱硝稀释风机A为例，HSSCS6手操器功能块可以实现脱硝稀释风机的启动允许条件（L4）、停止许可条件（L5）、风机的合闸状态显示（V1）、风机的跳闸状态显示（V2）、风机控制回路故障报警（L0）、风机连锁启动命令（L6）、连锁停止命令（L7）及远方就地状态显示（SD）等功能。其中“HSTON”为上升沿延时输出功能块，“HSTP”为输出定宽高电平脉冲的功能块，“AND”为逻辑“与”功能块，“LT”为“小于”功能块，“OR”为逻辑“或”功能块。

从图 3和图 4可以看出，脱硝稀释风机A改造前控制逻辑如下：当脱硝稀释风机A出口电动阀为关状态时，脱硝稀释风机A允许进行启动（L4）；当脱硝稀释风机A连锁备用按钮投入时，脱硝稀释风机B跳闸或脱硝稀释风机B运行60 s后，B侧（或A侧）脱硝反应器混合器前稀释空气流量＜2000 m³/h，延时30 s，连锁启动脱硝稀释风机A（L6）；在连锁投入情况下，脱硝稀释风机B运行60 s后，连锁脱硝稀释风机A停止运行（L7）。

3.2 改造后原理及控制逻辑

为降低厂用电率，提高脱硝系统运行可靠性，提出从冷一次风母管抽取部分风来替代脱硝稀释风的改造方案。从锅炉零米一次风联络母管西侧风箱处接取一根30 m风管，穿过锅炉15.7 m台板，在15.7 m平台上部顺次加装电动蝶阀、止回阀，再与脱销稀释风机出口母管相连接。正常运行时，由冷一次风供给脱硝稀释风系统使用，两台脱硝稀释风机分别作为第一和第二备用。与脱硝稀释风系统改造前相比，脱硝稀释风系统多出一路备用风源，一定程度上提高了脱硝稀释风系统运行的可靠性。脱硝稀释风系统改造后原理图如图 5所示。

结合脱硝稀释风系统管路的改造方案，对脱硝稀释风系统控制逻辑进行优化，优化后的脱硝稀释风机控制逻辑和启动许可条件与连锁启动控制逻辑分别如图 6和图 7所示。从图 6和图 7可以看出，脱硝稀释风机A出口电动阀为关状态时，作为脱硝稀释风机A允许启动条件（L4）和连锁按钮投入的情况下，脱硝稀释风机B运行60 s后，连锁停止脱硝稀释风机A（L7），这两个逻辑与改造前相比无变化，但对连锁启动条件（L6）进行了逻辑优化。

逻辑优化后的连锁启动条件（L6）为“连锁备用投入时，脱硝稀释风机B跳闸”或“连锁备用投入时，B侧（或A侧）脱硝反应器混合器前稀释空气流量＜2000 m³/h，延时10 s”，或“连锁备用投入时，当任意一台一次风机停止（包括跳闸或停运）”。优化后的控制逻辑将“脱硝稀释风机B运行60 s后，B侧（或A侧）脱硝反应器混合器前稀释空气流量＜2000 m³/h，延时30 s”修改为“B侧（或A侧）脱硝反应器混合器前稀释空气流量＜2000 m³/h，延时10 s”，删除“脱硝稀释风机B运行60 s”逻辑，同时由原“延时30 s”改为“延时10 s”；增加“连锁备用投入时，当任意一台一次风机停止（包括跳闸或停运）”连锁启动脱硝稀释风机条件。当任意一台风机发生故障时，为保证机组单侧一次风系统正常运行，同时也为了保证脱硝稀释风系统正常运行，此时应立即切断冷一次风母管，切换至原脱硝稀释风系统管路提供脱硝稀释风，从而保证机组的安全稳定运行。

4 改造效果

国能内蒙古国华伦贝尔发电有限公司通过对脱硝稀释风系统的管道改造和控制逻辑进行优化，使得SCR脱硝稀释风系统运行更加安全稳定。调阅2022-01-01—12-08机组历史运行曲线发现，去除机组的临停时间，在机组运行时基本上都是停运A/B侧脱硝稀释风机，通过从冷一次风母管抽取部分一次风替代脱硝稀释风实现对氨气的稀释。按现有脱硝稀释风机额定功率45 kW计算，每年可以降低厂用电量约394 200 kWh，极大程度降低了厂用电率，降低了企业的运行成本，改造经验可供同类型火电厂SCR脱硝系统借鉴。