玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)設(shè)計

大氣網(wǎng)訊:摘要：討論分析了玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)的設(shè)計，著重論述了氨系統(tǒng)安全性要求及消防設(shè)計要點。并從工程實例出發(fā)，更加直觀地展現(xiàn)了SCR工藝氨系統(tǒng)的設(shè)計布置方法。為玻璃工廠同類工程提供技術(shù)參考和依據(jù)，提高玻璃企業(yè)的生產(chǎn)安全性和可靠性。

0 引言

當(dāng)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)，無論是新投產(chǎn)的還是原有生產(chǎn)線整改，無一例外都要進行煙氣脫硫脫硝。在玻璃煙氣脫硝應(yīng)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(yīng)用很少。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，在用的脫硝裝置中，采用SCR工藝的設(shè)備總臺數(shù)占全部脫硝設(shè)備總數(shù)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(yīng)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(yīng)，生成氮x氣和水，這一反應(yīng)過程有溫度條件限制，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。

液氨一般純度為99.8%，純度高，工藝流程簡單，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(dāng)?shù)卣脖O(jiān)和質(zhì)監(jiān)部門的嚴格監(jiān)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(fù)雜；尿素最為安全，不受政府部門監(jiān)管，但是價格最高，工藝系統(tǒng)很繁雜。所以，玻璃工廠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(tǒng)、氨氣稀釋噴入混合系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。玻璃企業(yè)典型SCR工藝系統(tǒng)流程見圖1。由圖1可見，氨的使用貫穿整個工藝流程，由于氨具有毒性及火災(zāi)危險性，一直以來事故多發(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(tǒng)

氨的物理性質(zhì)：無色透明液體，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，泄漏時很容易被發(fā)現(xiàn)。在國家現(xiàn)行規(guī)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(xiàn)行規(guī)范GB50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中，氨的火災(zāi)危險性為乙類，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(shù)，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(tǒng)的設(shè)計、施工及使用過程中，始終要把安全因素放在首位。

氨儲運系統(tǒng)的功能是把液氨處理成適合SCR工藝系統(tǒng)使用的具有一定壓力范圍的氨氣，氨儲運區(qū)包括卸車、儲存、蒸發(fā)、緩沖、輸送及事故排放等工藝裝置。SCR工藝系統(tǒng)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(qū)基本配置：卸車用的氨壓縮機、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(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)以及控制室、配電室等。

液氨儲罐的數(shù)量根據(jù)玻璃工廠規(guī)模大小，一般采用2～3個，要求其儲存量能滿足7~10天的使用要求。均采用地上臥式儲罐，儲罐應(yīng)在同一防火堤內(nèi)成組布置，防火堤內(nèi)的有效容積要大于其中最大一臺儲罐的儲量，一般防火堤的高度應(yīng)≮1.0m，在防火堤相對應(yīng)的兩側(cè)設(shè)置進出踏步。氨區(qū)應(yīng)設(shè)置足夠高度和覆蓋面積的遮陽棚，防止夏季日曬對液氨儲罐溫升造成影響。氨儲運區(qū)應(yīng)設(shè)置凈寬和凈高均≮4m的環(huán)形消防車道，環(huán)形消防車道至少要有兩處與工廠內(nèi)道路聯(lián)通。同時，在儲罐區(qū)，控制室等均應(yīng)配有手提式滅火器等消防器材。目前，小規(guī)模的玻璃生產(chǎn)線在前幾年淘汰落后產(chǎn)能的過程中均已經(jīng)停產(chǎn)，國內(nèi)玻璃生產(chǎn)企業(yè)基本都是規(guī)模以上企業(yè)，廠內(nèi)均有兩條以上的浮法生產(chǎn)線，其廠內(nèi)液氨罐區(qū)總?cè)萘恳话銥?0～200m3，氨區(qū)的火災(zāi)危險性分類為乙類，其內(nèi)建筑物的墻、柱、屋頂?shù)染鶓?yīng)采用不燃性材料，氨

區(qū)內(nèi)各部分的防火間距要求見表1。此外，在玻璃工廠總圖設(shè)計之初，對氨儲運區(qū)的總圖定位要通盤考慮，宜布置在玻璃工廠全年最小頻率的上風(fēng)側(cè)。氨區(qū)的擺放要遠離可能發(fā)

生明火的車間或裝置，要有便利的交通條件，便于消防車輛進出、人員撤離等。

2.1.2 工程實例

以國內(nèi)某2×800t/d浮法玻璃生產(chǎn)線為例，對氨區(qū)設(shè)計布局做具體說明，其氨儲運區(qū)布置見圖2，區(qū)域內(nèi)設(shè)備間安全距離、消防道路、罐區(qū)與周邊建筑的防火間距等均應(yīng)滿足表1的要求。

2.2消防噴淋

消防噴淋系統(tǒng)是氨儲運區(qū)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(tǒng)應(yīng)廣泛覆蓋液氨儲罐區(qū)域、液氨蒸發(fā)緩沖區(qū)域及卸車區(qū)域，系統(tǒng)噴淋強度及持續(xù)時間等按照現(xiàn)行國家規(guī)范GB50084《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，GB50219《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》執(zhí)行。在氨區(qū)控制室，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警裝置及消防控制裝置，并能與玻璃工廠消防控制中心通信，報警及控制信號既能在氨區(qū)控制室控制，也能在消防控制中心控制。當(dāng)氨區(qū)檢測到空氣中氨含量超限或者有火災(zāi)信號時，系統(tǒng)應(yīng)立即聲光報警，并連鎖啟動噴淋系統(tǒng)。另外，還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動操作裝置。對于較大型的氨儲運區(qū)，消防噴淋系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)設(shè)置，每區(qū)單獨設(shè)置雨淋閥組，控制更加靈活，同時也避免水資源浪費。對于北方地區(qū)的企業(yè)，地上消防管道和位于凍土層內(nèi)的管道，均應(yīng)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(qū)內(nèi)設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)，本系統(tǒng)兼有吸收泄漏到空氣中的氨氣的功能。防護區(qū)劃分：液氨儲罐縱向分為一個區(qū)，液氨蒸發(fā)及緩沖區(qū)為一個區(qū)，共兩個防護區(qū)。水噴霧系統(tǒng)啟動控制分為自動控制啟動、手動遠控啟動和應(yīng)急啟動三種方式。滅火器配置：液氨蒸發(fā)區(qū)及罐區(qū)采用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器；在電控室設(shè)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(shè)置在室外時，應(yīng)有相應(yīng)的保護措施。本例的SCR液氨儲運區(qū)消防平面布置見圖3，水噴霧消防系統(tǒng)見圖4。

此外，液氨儲罐還應(yīng)設(shè)計夏季冷卻噴淋管路，在南方地區(qū)尤為重要，夏季高溫，液氨儲罐極易超溫超壓，引起安全閥動作，導(dǎo)致氨氣濃度報警裝置報警，連鎖消防噴淋系統(tǒng)動作。所以，對液氨儲罐應(yīng)配置冷卻降溫系統(tǒng)，使其與設(shè)置于液氨儲罐上的溫度變送器及壓力變送器連鎖，當(dāng)溫度或壓力超限，即引發(fā)聲光報警，連鎖啟動噴水降溫電磁閥開啟，對儲罐降溫冷卻。一般的報警溫度設(shè)置為40℃，報警壓力設(shè)置為1.45MPa，此外，還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動操作裝置。

液氨稀釋槽中的排水及消防系統(tǒng)排水，嚴禁直接排放到廠區(qū)排水系統(tǒng)，應(yīng)全部排放至廢水收集池，經(jīng)處理合格后方可排入廠內(nèi)排水系統(tǒng)。

2.3 氮氣置換

氨儲運區(qū)內(nèi)所有的容器及管道均應(yīng)設(shè)置氮氣置換接口，在設(shè)備首次投用前、設(shè)備檢修、設(shè)備倒班及卸車等過程中，必須采用氮氣將系統(tǒng)殘留的氨置換出來，保證人員及設(shè)備安全。氨區(qū)日常情況下應(yīng)儲備足夠量的氮氣瓶組，放置在安全區(qū)域，并應(yīng)每周檢查瓶組壓力，發(fā)現(xiàn)壓力不足的應(yīng)及時更換。氮氣置換應(yīng)保證設(shè)備中氨氣與空氣混合物低于其爆炸極限，一般應(yīng)低于5%為合格。

2.4 連鎖報警

氨儲罐區(qū)及氨蒸發(fā)緩沖區(qū)均應(yīng)設(shè)置氨氣泄漏報警器，在控制室及電子設(shè)備間設(shè)置煙感探頭，其布置應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準GB50116《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。報警裝置是消防安全系統(tǒng)至關(guān)重要的一環(huán)，玻璃企業(yè)應(yīng)采購質(zhì)量好、精度高的知名企業(yè)產(chǎn)品，并應(yīng)定期對其進行校驗。該系統(tǒng)要經(jīng)過安全及消防部門批準，并通過檢驗驗收合格。

氨氣泄漏檢測器應(yīng)設(shè)置在氨區(qū)遮陽棚下方，按其監(jiān)測半徑設(shè)置點位。一般要求，當(dāng)空氣中氨氣濃度達到100×10-6時，應(yīng)能自動發(fā)出報警信號，連鎖打開消防噴淋系統(tǒng)。在本例中，為保證安全并及時發(fā)現(xiàn)氨泄漏，在氨區(qū)內(nèi)5個點設(shè)置了氨氣泄漏檢測器，其氨區(qū)監(jiān)測點位布置見圖5。

3 氨逃逸的防范與監(jiān)測

來自氨儲運區(qū)的氨氣，經(jīng)廠區(qū)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(nèi)噴嘴噴入煙氣中，進入混合裝置，與煙氣充分混合，隨即進入催化反應(yīng)器，參加脫硝反應(yīng)。為了達到較好的脫硝效果，要滿足兩方面要求，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(yīng)。所以，系統(tǒng)總會有過量的氨氣沒有參加反應(yīng)而隨煙氣排出，這種現(xiàn)象稱之為氨逃逸。氨逃逸會引發(fā)諸多不利因素，會導(dǎo)致下游煙道及設(shè)備結(jié)垢堵塞，且極難清理，還會污染大氣，腐蝕下游設(shè)備等。當(dāng)催化劑的活性降低時，就需要噴入更多的氨氣參加反應(yīng)，導(dǎo)致氨逃逸量增加，應(yīng)通過檢測氨逃逸量大小，來判定催化劑的再生時間，及時更換新的催化反應(yīng)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(nèi)。

目前，對于氨逃逸率的檢測，除了常用的激光氣體分析儀外，還有一種有效的方法稱為抽取法，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，氨逃逸的實際值可通過此濃度換算求出。此方法不受煙道內(nèi)粉塵、溫度、壓力波動的影響，準確度較高。

4 結(jié)語

除了上述內(nèi)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，也應(yīng)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，與其他管道共架敷設(shè)時要保證足夠的安全距離，氨系統(tǒng)的閥門及儀表等也應(yīng)采用氨專用產(chǎn)品。另外，從安全和經(jīng)濟角度考慮，當(dāng)玻璃企業(yè)采用氨分解制氫工藝時，氫站應(yīng)與SCR系統(tǒng)共用氨儲運系統(tǒng)，可以節(jié)省占地面積，減少安全隱患。

原標題:玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)設(shè)計