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焦?fàn)t煙氣脫硝系統(tǒng)中氨水蒸發(fā)工藝的控制

來源:建樹環(huán)保 2019-11-16 09:19:05 5995

  焦化行業(yè)對氮氧化物等污染物排放要求日趨嚴(yán)格,焦?fàn)t煙氣SCR脫硝系統(tǒng)中采用的氨水蒸發(fā)工藝操作復(fù)雜,運行穩(wěn)定性差。對氨水蒸發(fā)工藝、設(shè)備選型、管線布置、DCS 自動化控制等多方面進(jìn)行優(yōu)化,通過 1 年多的調(diào)試,該氨水蒸發(fā)工藝運行穩(wěn)定,控制精準(zhǔn),處理后的煙氣可以達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

  1 氨水蒸發(fā)系統(tǒng)的組成

  1. 1 氨區(qū)系統(tǒng)

  氨區(qū)設(shè)置 2 個 100 m3 氨水貯罐,材料為 304 不銹鋼,其凈儲存量可以滿足 4 座焦?fàn)t連續(xù)運行 5 天。氨水貯罐采用常壓設(shè)計、立式平底結(jié)構(gòu),貯罐頂部設(shè)置帶阻火器的呼吸閥及安裝有磁翻板液位計,并設(shè)置高低液位報警儀,溫度、壓力顯示儀,人孔、爬梯等附件。為了便于監(jiān)測管理,氨水貯罐除了設(shè)置現(xiàn)場液位計以外,還設(shè)置了遠(yuǎn)傳雷達(dá)液位計,氨水貯罐的液位和溫度可在 DCS 上顯示。為保證安全,氨水貯罐采用內(nèi)浮頂式設(shè)計,當(dāng)充裝氨水時,內(nèi)浮頂隨液位的升高而上升,始終漂浮在液體上方,可以減少氨水的蒸發(fā)面積,降低氨水的蒸發(fā)量。為了防止貯罐內(nèi)吸入空氣,還在氨水頂部通入氮氣,裝置運行時內(nèi)浮頂上部空間為氮氣環(huán)境,消除了產(chǎn)生爆炸性混合氣體的條件。氨水泵向氨水蒸發(fā)器輸送氨水,泵的出口壓力為 0. 60 MPa,根據(jù)脫硝后煙氣中氮氧化物的含量,由入口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行氨水流量調(diào)節(jié)。

  1. 2 氨水預(yù)熱器

  氨水預(yù)熱器采用固定管板的管殼式換熱器。氨水預(yù)熱器的作用是利用氨水蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽凝液將氨水進(jìn)行初次預(yù)熱,一方面節(jié)約氨水蒸發(fā)器的蒸汽耗量,另一方面降低蒸汽凝液的溫度,使蒸汽凝液在回到余熱鍋爐補水的過程中減少氣態(tài)損失。

  1. 3 氨水蒸發(fā)器

  氨水蒸發(fā)器為固定管板的立式熱虹吸再沸騰器,這種形式的換熱器造價低、占地面積小、傳熱效率高。氨水蒸發(fā)器與氨水緩沖罐有安裝高度要求,氨水緩沖罐中的液體靠靜壓頭進(jìn)入氨水蒸發(fā)器,被蒸汽加熱部分氣化后進(jìn)入氨水緩沖罐中進(jìn)行氣液分離。氨水蒸發(fā)器采用 0. 8 MPa 低壓過熱蒸汽加熱,加熱后的蒸汽變?yōu)檎羝Y(jié)水,靠液位差進(jìn)入凝液緩沖罐。加熱蒸汽的流量根據(jù)氨水緩沖罐的液位通過 DCS 自動控制。

  1. 4 氨水緩沖罐

  氨水緩沖罐有 2 個作用,一是進(jìn)行氣液分離,二是作為氣體緩沖。從氨水蒸發(fā)器來的氨水為氣液兩相,緩沖罐分離出來的氣相進(jìn)入氨氣/煙氣混合器,與稀釋煙氣混合后送至噴氨格柵。分離出來的液相自流循環(huán)至氨水蒸發(fā)器。氨氣緩沖罐出口管線上裝有壓力控制閥,采用控制氨氣壓力來達(dá)到氨氣過熱的目的。氨氣緩沖罐上裝有液位控制系統(tǒng),通過控制加熱蒸汽的流量使緩沖罐內(nèi)液位穩(wěn)定。當(dāng)氨水的蒸發(fā)壓力一定,氨水緩沖罐的液位不變時,進(jìn)入的氨水質(zhì)量等于蒸發(fā)出的氨氣質(zhì)量。為了防止氨氣在輸送管道上冷凝,氨水蒸發(fā)在 0. 1 MPa 壓力下進(jìn)行,此時蒸發(fā)溫度為 119 ℃。當(dāng)氨氣通過罐頂壓力控制閥減壓后,氨氣為過熱狀態(tài),在采取保溫和伴熱措施后保證不會發(fā)生冷凝。氨水緩沖罐為壓力容器,上部裝有安全閥,可防止設(shè)備壓力過高。

  1. 5 凝液緩沖罐

  凝液緩沖罐的作用是收集氨水蒸發(fā)器中的蒸汽凝結(jié)水。蒸汽凝結(jié)水靠位差從氨水蒸發(fā)器中自流至凝液緩沖罐,通過調(diào)節(jié)閥控制凝液緩沖罐的液位,以保證只排出凝結(jié)水而不損失蒸汽。凝液緩沖罐排出的蒸汽凝結(jié)水再進(jìn)入氨水預(yù)熱器進(jìn)一步回收其中的熱量,最后排到余熱鍋爐軟水箱。凝液緩沖罐為壓力容器,上部裝有安全閥,可防止設(shè)備壓力過高。由于排放介質(zhì)是低壓蒸汽,可以在安全的地方直接排放。氨水蒸發(fā)工藝流程如圖 1 所示。

1.jpg

  2 氨水蒸發(fā)工藝的控制及連鎖

  2. 1 氨水流量的串級控制

  氨水流量與氮氧化物排放量的控制為串級控制,通過控制噴氨量來控制氮氧化物排放量。在裝置開工初期,操作人員手動調(diào)節(jié)氨水預(yù)熱器入口閥門開度,使氨水流量達(dá)到設(shè)計值,并根據(jù)氮氧化物排放量和氨逃逸量調(diào)節(jié)氨水流量。當(dāng)?shù)趸锱欧帕亢桶碧右萘窟_(dá)到工藝要求時,以此值作為氨水流量計的設(shè)定值,將氨水流量投入自動控制。此時氨水流量計根據(jù)設(shè)定值發(fā)出控制信號,調(diào)整開度,使氨水流量穩(wěn)定在設(shè)定值。當(dāng)自動控制穩(wěn)定后,可以將氮氧化物排放值作為變量參加控制,實現(xiàn)串級調(diào)節(jié)。根據(jù)氮氧化物在線檢測儀檢測到的氮氧化物排放濃度,手動調(diào)整氨水流量設(shè)定值,控制煙氣中 NOx 含量小于 100 mg /m3 。當(dāng) NOx 排放量穩(wěn)定后,將 AICA -3005 投入串級控制。投入串級調(diào)節(jié)后,當(dāng)?shù)趸餀z測儀檢測到排放的氮氧化物濃度與設(shè)定值發(fā)生偏差時,會發(fā)出一個修正信號,自動修改氨水流量計的設(shè)定值。氨水流量的設(shè)定值被修改后,控制系統(tǒng)會自動修正入口調(diào)節(jié)閥開度,使氨水的流量根據(jù)氮氧化物的排放量而變化。同時結(jié)合焦?fàn)t煙氣脫硝工藝,把交換機(jī)換向報警信號取到 DCS 進(jìn)行邏輯控制,交換機(jī)換向時提前控制氨氣的噴氨量,既滿足氮氧化物的排放量變化又保證氨逃逸指標(biāo)控制在 5 mg /L以下。

  2. 2 氨水緩沖罐的液位控制

  在氨水進(jìn)料量、氨水蒸發(fā)壓力一定的條件下,氨氣流量與氨水緩沖罐液位有關(guān)。通過調(diào)節(jié)加熱蒸汽的流量來控制氨氣緩沖罐的液位,使之保持相對恒定,此時氨水進(jìn)料量等于氨水蒸發(fā)量。正常工況下,氨氣緩沖罐液位控制在測量儀表的 68% 量程,當(dāng)氨氣緩沖罐液位升高或降低時,液位傳感器檢測到測量值與設(shè)定值產(chǎn)生了偏差,發(fā)出信號使加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥開大或關(guān)小,增加或減少加熱蒸汽的流量,從而保持氨水緩沖罐液位的穩(wěn)定。

  2. 3 氨水緩沖罐的壓力控制

  氨水在 20 kPa 壓力下的蒸發(fā)溫度為 118 ℃,此溫度為飽和溫度,當(dāng)溫度稍微降低時,氨氣就會冷凝為液體。為了使氨氣在輸送過程中不易冷凝,采用過熱氨氣的輸送方式。方法是使氨水在 20 kPa 壓力下蒸發(fā)( 此時氨水的蒸發(fā)溫度為 118 ℃ ) ,之后通過壓力控制閥使之減壓到 10 kPa,此時氨氣溫度為 110 ℃,遠(yuǎn)大于飽和溫度,氨氣不易冷凝。氨水緩沖罐的壓力控制采用單回路簡單控制,安裝在氨水緩沖罐上部的壓力傳感器設(shè)定在 20 kPa,當(dāng)壓力升高或降低時,調(diào)節(jié)閥動作,使氨水緩沖罐的壓力保持在 20 kPa。

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