摘要：随着环保要求的日益严格，火电厂脱硝系统的高效稳定运行至关重要。氨逃逸率与空预器差压是影响脱硝系统性能的关键指标，两者相互关联又对系统运行产生不同影响。本文基于热力模拟，深入分析氨逃逸率与空预器差压的产生机制及相互关系，提出协同控制策略，旨在优化火电厂脱硝系统运行，降低环境污染的同时保障机组安全经济运行。通过理论研究与分析，验证了该协同控制策略的有效性与可行性。

关键词：火电厂；脱硝系统；氨逃逸率；空预器差压；热力模拟；协同控制策略

引言

火电厂作为主要的电力生产来源，在能源供应中占据重要地位。然而，其排放的氮氧化物（NOx）对环境造成严重危害，引发酸雨、光化学烟雾等环境问题。为减少 NOx 排放，火电厂广泛采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术。在 SCR 脱硝系统运行过程中，氨逃逸率和空预器差压是两个关键参数，它们不仅影响脱硝系统的脱硝效率，还与机组的安全经济运行密切相关。氨逃逸是指未参与反应的氨气随烟气排出 SCR 反应器的现象。过高的氨逃逸率不仅造成氨气的浪费，增加运行成本，还会与烟气中的 SO3 反应生成硫酸氢铵（ABS），导致空预器堵塞，使空预器差压升高。空预器差压升高会增加引风机电耗，降低机组运行效率，严重时甚至会影响机组的安全稳定运行。因此，如何有效控制氨逃逸率和空预器差压，实现两者的协同优化，成为火电厂脱硝系统运行面临的重要问题。热力模拟作为一种有效的研究手段，能够对脱硝系统内部的复杂物理化学过程进行模拟分析，为深入理解氨逃逸率与空预器差压的产生机制及相互关系提供依据，进而为制定协同控制策略奠定基础。

一、氨逃逸率与空预器差压的产生机制

1.1氨逃逸率产生机制

在 SCR 脱硝系统中，氨气与烟气中的 NOx 在催化剂的作用下发生化学反应，生成氮气和水。然而，由于反应条件的波动、催化剂性能的变化以及喷氨均匀性等因素的影响，部分氨气未能参与反应，从而形成氨逃逸。反应温度是影响氨逃逸率的重要因素之一。SCR 反应存在一个最佳温度窗口，当反应温度低于最佳温度时，反应速率降低，氨气的利用率下降，导致氨逃逸率升高；当反应温度高于最佳温度时，可能会发生副反应，如氨气的氧化反应，同样会增加氨逃逸率。此外，喷氨量的控制精度对氨逃逸率也有显著影响。如果喷氨量过多，超过了与 NOx 反应所需的化学计量比，多余的氨气就会形成氨逃逸。同时，喷氨的均匀性也至关重要，若喷氨不均匀，局部区域氨气浓度过高，也会导致氨逃逸率增加。

1.2空预器差压产生机制

空预器差压升高主要是由于空预器内部积灰和堵塞造成的。而氨逃逸产生的硫酸氢铵（ABS）是导致空预器积灰和堵塞的主要原因之一。当氨逃逸的氨气与烟气中的 SO3 在一定温度范围内（通常为 140 - 230℃）反应生成 ABS 时，ABS 具有粘性，容易吸附在空预器的换热元件表面，进而吸附烟气中的飞灰，逐渐形成积灰层，导致空预器流通面积减小，差压升高。此外，空预器的运行时间、烟气中的飞灰特性以及吹灰系统的运行效果等因素也会影响空预器差压。长时间运行后，空预器换热元件表面会逐渐积累飞灰，即使没有 ABS 的影响，也会导致差压升高。如果烟气中的飞灰颗粒较大、硬度较高，更容易对空预器换热元件造成磨损，影响其换热性能和流通特性，从而使差压升高。而吹灰系统若不能及时有效地清除空预器表面的积灰，也会加速差压的上升。

二、氨逃逸率与空预器差压的相互关系

氨逃逸率与空预器差压之间存在着密切的相互关系。一方面，过高的氨逃逸率会导致空预器差压升高。如前所述，氨逃逸产生的 ABS 会在空预器表面积灰，进而增加空预器差压。研究表明，氨逃逸率每增加 1ppm，空预器差压可能会上升一定数值（具体数值因不同机组和运行条件而异）。

另一方面，空预器差压的变化也会对氨逃逸率产生影响。当空预器差压升高时，烟气在空预器内的流通阻力增大，导致烟气流量分布不均，影响 SCR 反应器内的流场和温度场分布。这种不均匀的流场和温度场可能会使部分区域的反应条件偏离最佳状态，从而降低脱硝效率，增加氨逃逸率。

此外，空预器差压升高还会影响整个机组的运行工况，例如引风机为克服增加的阻力需要消耗更多的电能，导致机组能耗上升。为维持机组的出力，可能需要调整燃烧工况等，而这些调整又可能进一步影响脱硝系统的运行，间接影响氨逃逸率。

三、基于热力模拟的协同控制策略

3.1建立准确的热力模拟模型

为实现氨逃逸率与空预器差压的协同控制，首先需要建立准确的脱硝系统热力模拟模型。该模型应能够准确描述 SCR 反应器内的化学反应过程、传热传质过程以及空预器内的换热和积灰过程。

在建立模型时，考虑反应动力学方程、质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程等，同时结合实际运行数据对模型参数进行优化和验证。通过模拟不同运行条件下脱硝系统的性能，分析氨逃逸率和空预器差压的变化规律，为制定协同控制策略提供理论依据。

3.2反应温度优化控制

基于热力模拟结果，根据不同的负荷工况和烟气成分，确定 SCR 反应器的最佳反应温度范围。通过调整锅炉燃烧器的运行方式、烟气再循环等手段，精确控制进入 SCR 反应器的烟气温度，使其保持在最佳反应温度窗口内。这样既能保证较高的脱硝效率，又能降低氨逃逸率，从而减少因氨逃逸导致的空预器差压升高风险。

3.3喷氨量精确控制

采用先进的控制算法，如模型预测控制（MPC），结合实时监测的 NOx 浓度、烟气流量以及模拟模型计算得到的氨逃逸率等信息，精确计算所需的喷氨量。同时，通过优化喷氨格栅的设计和布置，提高喷氨的均匀性，确保氨气在 SCR 反应器内与 NOx 充分均匀地混合反应，避免局部氨过量导致氨逃逸率升高。

3.4空预器吹灰优化

根据热力模拟预测的空预器积灰情况，制定合理的吹灰策略。优化吹灰频率和吹灰时间，确保在不影响空预器换热元件寿命的前提下，及时有效地清除空预器表面的积灰，维持较低的空预器差压。同时，结合空预器差压的实时监测数据，对吹灰策略进行动态调整，实现空预器的高效稳定运行。

3.5系统协调控制

将脱硝系统与整个机组的运行控制系统进行集成，实现系统协调控制。根据机组负荷变化、煤质变化等工况，综合调整脱硝系统的反应温度、喷氨量以及空预器吹灰等参数，确保氨逃逸率和空预器差压在不同工况下都能得到有效控制，同时保障机组的安全经济运行。

结语

氨逃逸率与空预器差压是影响火电厂脱硝系统性能和机组安全经济运行的关键参数。通过对两者产生机制及相互关系的深入分析，基于热力模拟提出的协同控制策略，能够从反应温度优化、喷氨量精确控制、空预器吹灰优化以及系统协调控制等多个方面对脱硝系统进行优化。该协同控制策略不仅可以有效降低氨逃逸率，减少氨气浪费和环境污染，还能通过控制空预器差压，降低引风机电耗，提高机组运行效率，保障机组的安全稳定运行。在实际应用中，需要进一步结合火电厂的具体设备和运行情况，对协同控制策略进行优化和完善。同时，随着技术的不断发展，应持续关注新的控制方法和技术在火电厂脱硝系统中的应用，不断提高脱硝系统的运行水平，为实现火电厂的绿色可持续发展提供有力支持。

参考文献

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