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)，免費下載國家標準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?shù)卣�府安監(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。當氨區(qū)檢測到空氣中氨含量超限或者有火災信號時系統(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機送風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。