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玻璃工厂烟气SCR脱硝工艺中氨系统设计

北极星大气网  来源:《玻璃》  作者:路明  2019/6/25 8:37:45  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:氨逃逸 SCR脱硝 玻璃烟气脱硝

北极星大气网讯:摘要:讨论分析了玻璃工厂烟气SCR脱硝工艺中氨系统的设计,着重论述了氨系统安全性要求及消防设计要点。并从工程实例出发,更加直观地展现了SCR工艺氨系统的设计布置方法。为玻璃工厂同类工程提供技术参考和依据,提高玻璃企业的生产安全性和可靠性。

0 引言

当前,环保要求异常严格,尤其对于钢铁、水泥及玻璃等高污染行业,更是治理的重中之重。在玻璃行业,无论是新投产的还是原有生产线整改,无一例外都要进行烟气脱硫脱硝。在玻璃烟气脱硝应用最为广泛的脱硝技术是SCR工艺(选择性催化还原技术SelectiveCatalyticReduction),其它脱硝技术,如SNCR工艺(选择性非催化还原技术SelectiveNon-CatalyticReduction)以及SNCR/SCR交互脱硝技术,应用很少。据统计资料显示,在用的脱硝装置中,采用SCR工艺的设备总台数占全部脱硝设备总数的73.8%,烟气处理量则达到总排放烟气量的94.7%。

1 SCR脱硝工艺原理

SCR化学反应原理就是利用氨气作为还原剂,与烟气中的NO发生氧化还原反应,生成氮x气和水,这一反应过程有温度条件限制,一般为300~380℃,而且还要在有催化剂的环境中进行。目前,可以为SCR工艺提供还原剂的物质主要有液氨、氨水及尿素3种。这3种还原剂各有优缺点。

液氨一般纯度为99.8%,纯度高,工艺流程简单,投资及运行费用低,但液氨有毒,易燃易爆,所以有严格的安全和防火要求,受到当地政府安监和质监部门的严格监管;氨水一般浓度为20%~30%,是氨的水溶液,纯度低,体积大,从中提取氨气需要消耗大量能源,费用高于液氨,工艺流程较复杂;尿素最为安全,不受政府部门监管,但是价格最高,工艺系统很繁杂。所以,玻璃工厂几乎均采用液氨为还原剂。

2 工艺流程

玻璃企业SCR工艺一般由氨的储运系统、氨气稀释喷入混合系统、催化反应系统、供配电系统、控制系统等组成。玻璃企业典型SCR工艺系统流程见图1。由图1可见,氨的使用贯穿整个工艺流程,由于氨具有毒性及火灾危险性,一直以来事故多发,相关案例不胜枚举,给生产企业造成了巨大的生命财产损失。

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2.1 氨储运系统

氨的物理性质:无色透明液体,有刺激性气味,极易溶于水,有毒,在一定条件下可以燃烧和爆炸,泄漏时很容易被发现。在国家现行规范GB18218《危险化学品重大危险源辨识》重大危险源判定中,SCR工艺中氨的使用临界量为10t。在国家现行规范GB50016《建筑设计防火规范》中,氨的火灾危险性为乙类,其爆炸极限范围为15.5%~25%,遇明火、静电等能引起爆炸。氨具有较高的体积膨胀系数,超装的液氨储罐、气瓶等极易发生爆炸。因此,在氨储运系统的设计、施工及使用过程中,始终要把安全因素放在首位。

氨储运系统的功能是把液氨处理成适合SCR工艺系统使用的具有一定压力范围的氨气,氨储运区包括卸车、储存、蒸发、缓冲、输送及事故排放等工艺装置。SCR工艺系统中的氨用量绝大部分汇集于此,是消防安全的重中之重。

2.1.1 安全间距

氨储运区基本配置:卸车用的氨压缩机、液氨储罐、氨输送泵、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、液氨稀释槽、废水处理系统、消防喷淋系统以及控制室、配电室等。

液氨储罐的数量根据玻璃工厂规模大小,一般采用2~3个,要求其储存量能满足7~10天的使用要求。均采用地上卧式储罐,储罐应在同一防火堤内成组布置,防火堤内的有效容积要大于其中最大一台储罐的储量,一般防火堤的高度应≮1.0m,在防火堤相对应的两侧设置进出踏步。氨区应设置足够高度和覆盖面积的遮阳棚,防止夏季日晒对液氨储罐温升造成影响。氨储运区应设置净宽和净高均≮4m的环形消防车道,环形消防车道至少要有两处与工厂内道路联通。同时,在储罐区,控制室等均应配有手提式灭火器等消防器材。目前,小规模的玻璃生产线在前几年淘汰落后产能的过程中均已经停产,国内玻璃生产企业基本都是规模以上企业,厂内均有两条以上的浮法生产线,其厂内液氨罐区总容量一般为50~200m3,氨区的火灾危险性分类为乙类,其内建筑物的墙、柱、屋顶等均应采用不燃性材料,氨

区内各部分的防火间距要求见表1。此外,在玻璃工厂总图设计之初,对氨储运区的总图定位要通盘考虑,宜布置在玻璃工厂全年最小频率的上风侧。氨区的摆放要远离可能发

生明火的车间或装置,要有便利的交通条件,便于消防车辆进出、人员撤离等。

2.1.2 工程实例

以国内某2×800t/d浮法玻璃生产线为例,对氨区设计布局做具体说明,其氨储运区布置见图2,区域内设备间安全距离、消防道路、罐区与周边建筑的防火间距等均应满足表1的要求。

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2.2消防喷淋

消防喷淋系统是氨储运区安全运行的基本保证,必须放在安全生产的首位,消防喷淋系统应广泛覆盖液氨储罐区域、液氨蒸发缓冲区域及卸车区域,系统喷淋强度及持续时间等按照现行国家规范GB50084《自动喷水灭火系统设计规范》,GB50219《水喷雾灭火系统设计规范》执行。在氨区控制室,应设置火灾自动报警装置及消防控制装置,并能与玻璃工厂消防控制中心通信,报警及控制信号既能在氨区控制室控制,也能在消防控制中心控制。当氨区检测到空气中氨含量超限或者有火灾信号时,系统应立即声光报警,并连锁启动喷淋系统。另外,还应在安全位置设置手动操作装置。对于较大型的氨储运区,消防喷淋系统应分区设置,每区单独设置雨淋阀组,控制更加灵活,同时也避免水资源浪费。对于北方地区的企业,地上消防管道和位于冻土层内的管道,均应采取防冻措施,一般可以采用电伴热或者管道伴热装置。

在本例中,氨储运区内设水喷雾灭火系统,本系统兼有吸收泄漏到空气中的氨气的功能。防护区划分:液氨储罐纵向分为一个区,液氨蒸发及缓冲区为一个区,共两个防护区。水喷雾系统启动控制分为自动控制启动、手动远控启动和应急启动三种方式。灭火器配置:液氨蒸发区及罐区采用手提式磷酸铵盐干粉灭火器;在电控室设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器及二氧化碳灭火器,灭火器设置在室外时,应有相应的保护措施。本例的SCR液氨储运区消防平面布置见图3,水喷雾消防系统见图4。

此外,液氨储罐还应设计夏季冷却喷淋管路,在南方地区尤为重要,夏季高温,液氨储罐极易超温超压,引起安全阀动作,导致氨气浓度报警装置报警,连锁消防喷淋系统动作。所以,对液氨储罐应配置冷却降温系统,使其与设置于液氨储罐上的温度变送器及压力变送器连锁,当温度或压力超限,即引发声光报警,连锁启动喷水降温电磁阀开启,对储罐降温冷却。一般的报警温度设置为40℃,报警压力设置为1.45MPa,此外,还应在安全位置设置手动操作装置。

液氨稀释槽中的排水及消防系统排水,严禁直接排放到厂区排水系统,应全部排放至废水收集池,经处理合格后方可排入厂内排水系统。

2.3 氮气置换

氨储运区内所有的容器及管道均应设置氮气置换接口,在设备首次投用前、设备检修、设备倒班及卸车等过程中,必须采用氮气将系统残留的氨置换出来,保证人员及设备安全。氨区日常情况下应储备足够量的氮气瓶组,放置在安全区域,并应每周检查瓶组压力,发现压力不足的应及时更换。氮气置换应保证设备中氨气与空气混合物低于其爆炸极限,一般应低于5%为合格。

2.4 连锁报警

氨储罐区及氨蒸发缓冲区均应设置氨气泄漏报警器,在控制室及电子设备间设置烟感探头,其布置应符合国家现行标准GB50116《火灾自动报警系统设计规范》的规定。报警装置是消防安全系统至关重要的一环,玻璃企业应采购质量好、精度高的知名企业产品,并应定期对其进行校验。该系统要经过安全及消防部门批准,并通过检验验收合格。

氨气泄漏检测器应设置在氨区遮阳棚下方,按其监测半径设置点位。一般要求,当空气中氨气浓度达到100×10-6时,应能自动发出报警信号,连锁打开消防喷淋系统。在本例中,为保证安全并及时发现氨泄漏,在氨区内5个点设置了氨气泄漏检测器,其氨区监测点位布置见图5。

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3 氨逃逸的防范与监测

来自氨储运区的氨气,经厂区管网输配至氨气稀释装置,与稀释风机送风混合至一定浓度的氨气后,经烟道内喷嘴喷入烟气中,进入混合装置,与烟气充分混合,随即进入催化反应器,参加脱硝反应。为了达到较好的脱硝效果,要满足两方面要求,一是催化剂要有足够的活性,二是要提供足够量的还原剂参加反应。所以,系统总会有过量的氨气没有参加反应而随烟气排出,这种现象称之为氨逃逸。氨逃逸会引发诸多不利因素,会导致下游烟道及设备结垢堵塞,且极难清理,还会污染大气,腐蚀下游设备等。当催化剂的活性降低时,就需要喷入更多的氨气参加反应,导致氨逃逸量增加,应通过检测氨逃逸量大小,来判定催化剂的再生时间,及时更换新的催化反应器,保证较低的氨逃逸率,一般要求氨逃逸率控制在(2~4)×10-6范围内。

目前,对于氨逃逸率的检测,除了常用的激光气体分析仪外,还有一种有效的方法称为抽取法,其原理是采用高温抽气装置从脱硝后烟道中抽取一定容量的烟气,让烟气与水充分接触吸收后,再测量出水溶液中的铵离子浓度,氨逃逸的实际值可通过此浓度换算求出。此方法不受烟道内粉尘、温度、压力波动的影响,准确度较高。

4 结语

除了上述内容,在氨气的稀释装置,氨气喷入装置及氨气与烟气混合装置等方面,也应采取足够的安全措施,保持足够的安全间距,严禁烟火。尤其是氨管道,与其他管道共架敷设时要保证足够的安全距离,氨系统的阀门及仪表等也应采用氨专用产品。另外,从安全和经济角度考虑,当玻璃企业采用氨分解制氢工艺时,氢站应与SCR系统共用氨储运系统,可以节省占地面积,减少安全隐患。

原标题:玻璃工厂烟气SCR脱硝工艺中氨系统设计

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