摘要：湖南常德南方水泥厂生产线，正常生产时烟囱NOx原始浓度为580-670mg/Nm3，原SNCR系统在低于100mg/Nm3的控制目标下，氨水用量小时均值为1.2m3/h，原系统无法将烟囱NOx浓度小时均值稳定控制50mg/Nm3以下。经过上海万澄技术改造后，智能He-SNCR系统在低于100mg/Nm3的控制目标下，氨水用量小时均值为0.731m3/h，并实现将烟囱NOx浓度小时均值稳定控制50mg/Nm3以下，氨水用量小时均值为1.028m3/h。通过上海万澄的万澄智能He-SNCR系统技术改造，氨水节约率为39.08%，系统可实现50mg/Nm3以下超低排放稳定控制。

关键词：上海万澄；智能He-SNCR脱硝；NOx浓度超低排放；节约氨水；水泥行业

1 原SNCR系统现状及存在的问题

1.1 原SNCR系统现状

常德南方水泥厂原脱硝系统是由氨水泵、输送氨水管道、空压机、输送压缩空气管道、氨水压力表、压缩空气压力表及喷枪构成。工作原理为使用氨水泵对氨水进行打压，通过管道将氨水输送至鹅颈管层，由空压机对空气进行压缩通过管道输送至鹅颈管层，再通过挠性管将氨水和压缩空气连接至喷枪，使氨水和压缩空气在喷枪喷嘴处混合，利用压缩空气的压力使氨水产生雾化，喷入鹅颈管中，与NOx气体反应，将NOx气体还原成N2的过程。原SNCR系统控制原理为将烟囱NOx折算值作为控制目标，使用PID控制器对氨水泵变频进行调节，当烟囱NOx折算值高于控制目标值时，氨水泵变频上调，增加氨水喷入量，降低烟囱NOx折算值；当烟囱NOx折算值低于控制目标值时，氨水泵变频下调，减少氨水喷入量，最终实现环保数据达标的目的。1.2 原SNCR系统存在的问题

（1）氨水喷入点过于单一

原SNCR系统喷射位于点鹅颈管上升管道和下降管道，脱硝反应主要位于鹅颈管层。脱硝反应受温度、一氧化碳含量和氧气含量的影响较大。若鹅颈管温度出现较大的变化、一氧化碳过高和分解炉缺氧的情况，就会导致脱硝效率降低，无论喷再多氨水也无法实现降低NOx的目的。 

（2）喷枪雾化效果不可控和喷枪穿透能力太弱

在脱硝反应中，雾化效果和穿透能力是很重要的。由于管道的风速较大，使得氨水与NOx气体反应的时间很短。原SNCR系统使用的喷枪喷射形状为扇形，喷射距离太短，且压缩空气压力几乎为定值，无法随着氨水的喷量变化而变化，使得雾化效果不能稳定，会造成氨水用量少时雾化效果正常，氨水用量大时雾化效果较差的情况。

（3）控制逻辑过于简单

在正常的生产过程中，窑系统处在不停变化的过程，窑况出现变化到烟囱NOx数据变化呈现是存在滞后性，因此仅通过烟囱NOx数据作为控制目标是不能实现较高效的跟随控制调整的。 

（4）无法针对单一喷枪进行流量调整

由于管道气体分布是不均匀的，盲目对喷射点进行统一流量喷射，会出现氨水未完全反应生产氨逃逸，NOx未充分反应环保数据超标的情况。

（5）不能实时监控窑况波动

原SNCR系统只针对烟囱NOx折算值进行数据采集控制，未对三次风温、二次风温、窑头窑尾喂煤量、生料喂料量和烟室与C1气体分析仪数据进行采集监控，无法实时提前预测NOx数据的波动变化，存在控制滞后等问题。

2 上海万澄高效智能He-SNCR系统介绍 

2.1高效智能He-SNCR系统结构 

上海万澄高效智能He-SNCR系统硬件由分配装置、系统服务器、小电脑、显示器、喷枪和软管构成。高效智能He-SNCR系统网络拓扑图如图1。高效智能He-SNCR系统是通过氨水泵和空压机提供足够的压力给分配装置，氨水和压缩空气进入分配装置后，通过气动调节阀对氨水和压缩空气再分配，实现对每一支喷枪的精准控制。

图1：高效智能He-SNCR系统网络拓扑图

2.2 高效智能He-SNCR系统的控制原理

高效智能He-SNCR系统有两层控制逻辑，第一层为基础SNCR模式；第二层为高效He-SNCR模式。

（1）基础SNCR模式

基础SNCR模式为系统最底层的控制逻辑，由PLC模块直接发出控制指令进行控制，是通过获取烟囱NOx数据作为目标值，通过串级PID控制来对氨水和压缩空气的在分配。 

（2）高效He-SNCR模式

高效He-SNCR模式为系统智能算法逻辑，智能算法逻辑由前馈控制，自适应程序和预测算法程序构成。 

前馈控制：根据烟囱NOx浓度数值、C1气体分析仪NOx浓度数值等参数，计算出所需还原剂氨水的流量，并将其作为前馈信号控制分配装置对应喷枪的氨水和压缩空气控制阀门，完成脱硝喷射。 

自适应程序：通过通讯采集窑系统温度、喂料量、压力和气体成分等参数，对这些参数进行训练建模。可实现在不同窑况下，系统找出脱硝反应的最佳位置，并控制喷枪进行加量喷射。 

预测算法程序：在采集的窑系统参数中，根据数据变化呈现将影响烟囱NOx波动的变量参数进行人工神经网络训练建模，并通过实时数据对模型进行修改验证。最终的模型能根据实时的窑系统参数波动预测呈现出未来几分钟烟囱NOx的趋势，系统可提前提前做出反应，弥补烟囱NOx数据的滞后性。

预测算法程序：预测系统通过分析生产过程数据，建立神经网络与机理模型，该模型能够迅速准确的预测并在线输出预测结果，包括NOx/NH3含量等。同时预测模型实时智能分析历史数据，实时优化预测模型，保持预测模型持续更新，降低工艺参数变化带来的影响。在常德南方水泥厂生产线上，在上海万澄环保在高效智能He-SNCR模式下，从采集的窑系统参数中，系统根据数据变化呈现将影响烟囱NOx波动的变量参数进行人工神经网络训练建模，并通过实时数据对模型进行修改验证。最终的模型能根据实时的窑系统参数波动预测呈现出未来几分钟烟囱NOx的趋势，高效智能He-SNCR系统可提前精准喷氨，实现前馈控制，有效地克服了仪器检测存在的数据缺损和滞后问题，为优化控制提供数据支撑。

2.3 喷枪介绍 

上海万澄的高效智能He-SNCR系统采用的是德国进口的莱克勒喷枪，配合分配装置使用，可通过调节对进入喷枪的氨水和压缩空气的控制，实现调节喷枪的穿透性能和雾化性能的控制。喷枪结构如图2；喷枪雾化穿透性能如图3。

图2：喷枪结构

图3：喷枪雾化穿透性能

3  高效智能He-SNCR现场改造方案

针对预热器的结构，从鹅颈管层至C5出口层进行重新定位开孔7。预热器7层鹅颈管上升管道与下降管道各开4个法兰孔，预热器5层下降管道开4个法兰孔，C5进出口平台和C5锥部A列与B列各开4个法兰孔，共开20个法兰孔。

图4：预热器开孔位置

在上海万澄智能He-SNCR脱硝技改过程中，保留了原系统氨水泵为分配装置提供氨水压力，从窑尾压缩空气管路接出一路管道为分配装置提供压缩空气压力。通过八根氨水管道和八根压缩空气管道将氨水和压缩空气从分配装置顶部连接至法兰孔附近，如图8；使用挠性管接上管道并连上喷枪插入法兰孔，如图9。

图8：硬管道与挠性管连接处

4 调试过程

4.1 高效智能He-SNCR系统调试过程 

现场设备安装完成，基础SNCR系统上线，首先根据原SNCR系统喷氨水孔位进行氨水喷射，收集系统运行数据。完成3日的数据量收集，将高效SNCR系统程序上线。在高效SNCR系统运行的情况下，固定氨水用量喷射，将8支喷枪通过排列组合安装至现场20个法兰孔进行自适应程序数据收集，并开启自适应程序对20个法兰孔进行对应的数据分析，最终选取出脱硝效率最好的8个法兰孔，并将8支喷枪固定至此8个孔位进行喷氨。在高效智能He-SNCR系统运行的过程中，人工对8支喷枪进行依此停喷分析，在不同窑况下，标记出不同位置的脱硝效率，将其输入至程序，由程序进行自适应训练。完成高效SNCR系统调试后，根据积攒的窑系统的变量参数，将其输入至人工神经网络中进行训练预测模型，最终的模型通过测试后上线用于系统控制。

4.2 超低排放控制调试

湖南常德南方针对环保局50mg/Nm3以下超低排放控制的要求，又做出了以下的调试。 

（1）高效智能He-SNCR系统进行了控制逻辑的优化，对现场C5锥部进行气体分析测量，分解炉氧气含量偏低，分解炉预热不充分，使得出现5级筒后燃的现象，调整5号、6号喷枪移动至C5锥部位置进行脱硝喷射，配合位于C5出口的7号和8号喷枪使用，使得脱硝效率提升。

（2）对现场各级旋风筒下料口翻板阀进行检查，发现翻板阀在闭合时还存在漏风的情况，如图10。使得有一部分NOx未经过脱硝反应处直接通过翻板阀进入3级筒和4级筒，导致烟囱NOx数据中含有一部分为进行脱硝反应的NOx，修复翻板阀损坏部位，防止NOx从损坏部位跑气。

图10：翻板阀漏风处

（3）分析分解炉内气体成分对脱硝反应的影响，在生产过程中防止一氧化碳含量高于250ppm，氧含量低于1.2%。在一氧化碳含量低于250ppm和氧含量高于1.1%时，脱硝效率为最佳。

图11：CO与O2对烟囱NOx的影响

（4）停窑期间对分解炉煤管进行检查，发现分解炉煤管出现结皮。煤管结皮会使得喷入分解炉内的煤不连贯，出现分解炉内出现局部燃烧以及温度波动较大的情况，最终导致NOx数据波动。对分解炉煤管结皮进行清理，如图：12；让煤稳定连贯喷入分解炉，改善了分解炉内的火焰以及避免出现局部燃烧，减少分解炉内温度的波动，并减少NOx数据波动，使得高效智能He-SNCR系统可稳定将NOx控制在50mg/Nm3以下。

5  万澄环保高效智能He-SNCR技改改造后的效果

5.1 NOx控制目标为100 mg/Nm3

5.2 脱硝效率

6 总结

湖南常德南方水泥有限公司5000t/d水泥生产线通过上海万澄环保的高效智能He-SNCR系统技术改造后，使用高效智能He-SNCR系统替代了原SNCR系统。对现场进行新的氨水管路布置和进行新的法兰开孔，使用德国进口的莱克勒喷枪实现雾化喷射。上海万澄环保科技公司的高效智能He-SNCR脱硝系统，利用机器自学习和人工智能的优化算法，彻底解决了SNCR技术脱硝效率低的问题。在此项目中，高效智能He-SNCR系统与原SNCR系统相比，不仅实现了39.08%的氨水节约率，并且实现了超低排放控制，将脱硝效率提升至91.9%~92.99%。达到了节能减排的最终目的。