玻璃工厂烟气SCR脱硝工艺中氨系统设计

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。

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。

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。

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，炉温测试仪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。