玻璃工廠(chǎng)煙氣SCR脫硝工藝中氨系統設計

玻璃工廠(chǎng)煙氣SCR脫硝工藝中氨系統的設計著(zhù)重論述了氨系統安全性要求及消防設計要點(diǎn)。并從工程實(shí)例出發(fā)更加直觀(guān)地展現了SCR工藝氨系統的設計布置方法。為玻璃工廠(chǎng)同類(lèi)工程提供技術(shù)參考和依據提高玻璃企業(yè)的生產(chǎn)安全性和可靠性。

0引言

當前環(huán)保要求異常嚴格尤其對于鋼鐵、水泥及玻璃等高污染行業(yè)更是治理的重中之重。在玻璃行業(yè)無(wú)論是新投產(chǎn)的還是原有生產(chǎn)線(xiàn)整改無(wú)一例外都要進(jìn)行煙氣脫硫脫硝。在玻璃煙氣脫硝應用最為廣泛的脫硝技術(shù)是SCR工藝（選擇性催化還原技術(shù)SelectiveCatalyticReduction）其它脫硝技術(shù)如SNCR工藝（選擇性非催化還原技術(shù)SelectiveNon-CatalyticReduction）以及SNCR/SCR交互脫硝技術(shù)應用很少。據統計資料顯示在用的脫硝裝置中采用SCR工藝的設備總臺數占全部脫硝設備總數的73.8%煙氣處理量則達到總排放煙氣量的94.7%。

1 SCR脫硝工藝原理

SCR化學(xué)反應原理就是利用氨氣作為還原劑與煙氣中的NO發(fā)生氧化還原反應生成氮x氣和水這一反應過(guò)程有溫度條件限制一般為300～380℃而且還要在有催化劑的環(huán)境中進(jìn)行。目前可以為SCR工藝提供還原劑的物質(zhì)主要有液氨、氨水及尿素3種。這3種還原劑各有優(yōu)缺點(diǎn)。

液氨一般純度為99.8%純度高工藝流程簡(jiǎn)單投資及運行費用低但液氨有毒易燃易爆所以有嚴格的安全和防火要求受到當地政府安監和質(zhì)監部門(mén)的嚴格監管；氨水一般濃度為20%~30%是氨的水溶液純度低體積大從中提取氨氣需要消耗大量能源費用高于液氨工藝流程較復雜；尿素最為安全不受政府部門(mén)監管但是價(jià)格最高工藝系統很繁雜。所以玻璃工廠(chǎng)幾乎均采用液氨為還原劑。

2工藝流程

玻璃企業(yè)SCR工藝一般由氨的儲運系統、氨氣稀釋噴入混合系統、催化反應系統、供配電系統、控制系統等組成。玻璃企業(yè)典型SCR工藝系統流程見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)氨的使用貫穿整個(gè)工藝流程由于氨具有毒性及火災危險性一直以來(lái)事故多發(fā)相關(guān)案例不勝枚舉給生產(chǎn)企業(yè)造成了巨大的生命財產(chǎn)損失。

2.1氨儲運系統

氨的物理性質(zhì)：無(wú)色透明液體有刺激性氣味極易溶于水有毒在一定條件下可以燃燒和爆炸泄漏時(shí)很容易被發(fā)現。在國家現行規范GB18218《危險化學(xué)品重大危險源辨識》重大危險源判定中SCR工藝中氨的使用臨界量為10t。在國家現行規范GB50016《建筑設計防火規范》中氨的火災危險性為乙類(lèi)其爆炸極限范圍為15.5%～25%遇明火、靜電等能引起爆炸。氨具有較高的體積膨脹系數超裝的液氨儲罐、氣瓶等極易發(fā)生爆炸。因此在氨儲運系統的設計、施工及使用過(guò)程中始終要把安全因素放在首位。

氨儲運系統的功能?#21069;?#28082;氨處理成適合SCR工藝系統使用的具有一定壓力范圍的氨氣氨儲運區包括卸車(chē)、儲存、蒸發(fā)、緩沖、輸送及事故排放等工藝裝置。SCR工藝系統中的氨用量絕大部分匯集于此是消防安全的重中之重。

2.1.1安全間距

氨儲運區基本配置：卸車(chē)用的氨壓縮機、液氨儲罐、氨輸送泵、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、液氨稀釋槽、廢水處理系統、消防噴淋系統以及控制室、配電室等。

液氨儲罐的數量根據玻璃工廠(chǎng)規模大小一般采用2～3個(gè)要求其儲存量能滿(mǎn)足7~10天的使用要求。均采用地上臥式儲罐儲罐應在同一防火堤內成組布置防火堤內的?#34892;?#23481;積要大于其中最大一臺儲罐的儲量一般防火堤的高度應≮1.0m在防火堤相對應的兩側設置進(jìn)出踏步。氨區應設置足夠高度和?#37319;w面積的遮陽(yáng)棚防止夏季日曬對液氨儲罐溫升造成影響。氨儲運區應設置凈寬和凈高均≮4m的環(huán)形消防車(chē)道環(huán)形消防車(chē)道至少要有兩處與工廠(chǎng)內道路聯(lián)通。同時(shí)在儲罐區控制室等均應配有手提式滅火器等消防器材。目前小規模的玻璃生產(chǎn)線(xiàn)在前幾年淘汰落后產(chǎn)能的過(guò)程中均已經(jīng)停產(chǎn)國內玻璃生產(chǎn)企業(yè)基本都是規模以上企業(yè)廠(chǎng)內均有兩條以?#31995;?#28014;法生產(chǎn)線(xiàn)其廠(chǎng)內液氨罐區總容量一般為50～200m3氨區的火災危險性分類(lèi)為乙類(lèi)其內建筑物的墻、柱、屋頂等均應采用不燃性材料氨

區內各部分的防火間距要求見(jiàn)表1。此外在玻璃工廠(chǎng)總圖設計之初對氨儲運區的總圖定位要通盤(pán)考慮宜布置在玻璃工廠(chǎng)全年最小頻率的上風(fēng)?#21462;?#27688;區的擺放要遠離可能發(fā)

生明火的車(chē)間或裝置要有便利的交通條件便于消防車(chē)輛進(jìn)出、人員撤離等。

2.1.2工程實(shí)例

以國內某2×800t/d浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)為例對氨區設計布局做具體說(shuō)明其氨儲運區布置見(jiàn)圖2區域內設備間安全距離、消防道路、罐區與周邊建筑的防火間距等均應滿(mǎn)足表1的要求。

2.2消防噴淋

消防噴淋系統是氨儲運區安全運行的基本保證必須放在安全生產(chǎn)的首位消防噴淋系統應廣泛?#37319;w液氨儲罐區域、液氨蒸發(fā)緩沖區域及卸車(chē)區域，系統噴淋強度及持續時(shí)間等按照現行國家規范GB50084《自動(dòng)噴水滅火系統設計規范》GB50219《水噴霧滅火系統設計規范》執行。在氨區控制室應設置火災自動(dòng)報警裝置及消防控制裝置并能與玻璃工廠(chǎng)消防控制中心通信報警及控制信號既能在氨區控制室控制也能在消防控制中心控制。當氨區檢測到空氣中氨含量超限或者有火災信號時(shí)系統應立即聲光報警并連鎖啟動(dòng)噴淋系統。另外還應在安全位置設置手動(dòng)操作裝置。對于較大型的氨儲運區消防噴淋系統應分區設置每區單獨設置雨淋閥組控制更加靈活同時(shí)也避免水資源浪費。對于北方地區的企業(yè)地上消防管道和位于凍土層內的管道均應采取防凍措施一般可以采用電伴熱或者管道伴熱裝置。

在本例中，氨儲運區內設水噴霧滅火系統本系統兼有吸收泄漏到空氣中的氨氣的功能。防護區劃分：液氨儲罐縱向分為一個(gè)區液氨蒸發(fā)及緩沖區為一個(gè)區共兩個(gè)防護區。水噴霧系統啟動(dòng)控制分為自動(dòng)控制啟動(dòng)、手動(dòng)遠控啟動(dòng)和應急啟動(dòng)三種方式。滅火器配置：液氨蒸發(fā)區及罐區采用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器；在電控室設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器及二氧化碳滅火器滅火器設置在室外時(shí)應有相應的保護措施。本例的SCR液氨儲運區消防平面布置見(jiàn)圖3水噴霧消防系統見(jiàn)圖4。

此外液氨儲罐還應設計夏季冷卻噴淋管路在南方地區尤為重要夏季高溫液氨儲罐極易超溫超壓引起安全閥動(dòng)作導致氨氣濃度報警裝置報警連鎖消防噴淋系統動(dòng)作。所以對液氨儲罐應配置冷卻降溫系統使其與設置于液氨儲罐?#31995;?#28331;度變送器及壓力變送器連鎖當溫度或壓力超限即引發(fā)聲光報警連鎖啟動(dòng)噴水降溫電磁閥開(kāi)啟對儲罐降溫冷卻。一般的報警溫度設置為40℃報警壓力設置為1.45MPa此外還應在安全位置設置手動(dòng)操作裝置。

液氨稀釋槽中的排水及消防系統排水嚴禁直接排放到廠(chǎng)區排水系統應全部排放至廢水?#21344;?#27744;經(jīng)處理合格后方可排入廠(chǎng)內排水系統。

2.3氮氣?#33067;Q

氨儲運區內所有的容器及管道均應設置氮氣?#33067;Q接口在設備首次投用前、設備檢修、設備倒班及卸車(chē)等過(guò)程中必須采用氮氣將系統殘留的氨?#33067;Q出來(lái)保證人員及設備安全。氨區日常情況下應儲備足夠量的氮氣瓶組放置在安全區域并應每周檢查瓶組壓力發(fā)現壓力不足的應及時(shí)更換。氮氣?#33067;Q應保證設備中氨氣與空氣混合物低于其爆炸極限一般應低于5%為合格。

2.4連鎖報警

氨儲罐區及氨蒸發(fā)緩沖區均應設置氨氣泄漏報警器在控制室及電子設備間設置煙感探頭其布置應符合國家現行標準GB50116《火災自動(dòng)報警系統設計規范》的規定。報警裝置是消防安全系統至關(guān)重要的一環(huán)玻璃企業(yè)應?#23569;?#36074;(zhì)量好、精度高的知名企業(yè)產(chǎn)品并應定期對其進(jìn)行校驗。該系統要經(jīng)過(guò)安全及消防部門(mén)批準并通過(guò)檢驗驗收合格。

氨氣泄漏檢測器應設置在氨區遮陽(yáng)棚下方按其監測半徑設置點(diǎn)位。一般要求當空氣中氨氣濃度達到100×10-6時(shí)應能自動(dòng)發(fā)出報警信號連鎖打開(kāi)消防噴淋系統。在本例中為保證安全并及時(shí)發(fā)現氨泄漏在氨區內5個(gè)點(diǎn)設置了氨氣泄漏檢測器其氨區監測點(diǎn)位布置見(jiàn)圖5。

3氨逃逸的防范與監測

來(lái)自氨儲運區的氨氣經(jīng)廠(chǎng)區管網(wǎng)輸配至氨氣稀釋裝置與稀釋風(fēng)機送風(fēng)混合至一定濃度的氨氣后經(jīng)煙道內噴嘴噴入煙氣中進(jìn)入混合裝置與煙氣充分混合隨即進(jìn)入催化反應器參加脫硝反應。為了達到較好的脫硝效果要滿(mǎn)足兩方面要求一是催化劑要有足夠的活性二是要提供足夠量的還原劑參加反應。所以系統總會(huì )有過(guò)量的氨氣沒(méi)有參加反應而隨煙氣排出這種現象稱(chēng)之為氨逃逸。氨逃逸會(huì )引發(fā)諸多不利因素會(huì )導致下游煙道及設備結垢堵塞且極難清理還會(huì )污染大氣腐蝕下游設備等。當催化劑的活性降低時(shí)就需要噴入更多的氨氣參加反應導致氨逃逸量增加應通過(guò)檢測氨逃逸量大小來(lái)判定催化劑的再生時(shí)間及時(shí)更換新的催化反應器保證較低的氨逃逸率一般要求氨逃逸率控制在（2~4）×10-6范圍內。

目前對于氨逃逸率的檢測除了常用的激光氣體?#27835;?#20736;外還有一種?#34892;?#30340;方法稱(chēng)為抽取法其原理是采用高溫抽氣裝置從脫硝后煙道中抽取一定容量的煙氣讓煙氣與水充分接觸吸收后再測量出水溶液中的銨離子濃度氨逃逸的實(shí)際值可通過(guò)此濃度換算求出。此方法不受煙道內粉塵、溫度、壓力波動(dòng)的影響準確度較高。

4結語(yǔ)

除了上述內容在氨氣的稀釋裝置氨氣噴入裝置及氨氣與煙氣混合裝置等方面，爐溫測試儀也應采取足夠的安全措施保持足夠的安全間距嚴禁煙火。尤其是氨管道與其他管道?#24067;?#25975;設時(shí)要保證足夠的安全距離氨系統的閥門(mén)及儀表等也應采用氨專(zhuān)用產(chǎn)品。另外從安全和經(jīng)濟角度考慮當玻璃企業(yè)采用氨分解制氫工藝時(shí)氫站應與SCR系統共用氨儲運系統可以節省占地面積減少安全隱患。