玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統的設計著重論述了氨系統安全性要求及消防設計要點。并從工程實例出發更加直觀地展現了SCR工藝氨系統的設計布置方法。為玻璃工廠同類工程提供技術參考和依據提高玻璃企業的生產安全性和可靠性。

0引言

當前環保要求異常嚴格尤其對于鋼鐵、水泥及玻璃等高污染行業，免費下載國家標準更是治理的重中之重。在玻璃行業，無論是新投產的還是原有生產線整改無一例外都要進行煙氣脫硫脫硝。在玻璃煙氣脫硝應用最為廣泛的脫硝技術是SCR工藝（選擇性催化還原技術SelectiveCatalyticReduction）其它脫硝技術如SNCR工藝（選擇性非催化還原技術SelectiveNon-CatalyticReduction）以及SNCR/SCR交互脫硝技術應用很少。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化學反應原理就是利用氨氣作為還原劑與煙氣中的NO發生氧化還原反應生成氮x氣和水這一反應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境中進行。目前可以為SCR工藝提供還原劑的物質主要有液氨、氨水及尿素3種。這3種還原劑各有優缺點。

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地政府安監和質監部門的嚴格監管；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監管但是價格最高工藝系統很繁雜。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。玻璃企業典型SCR工藝系統流程見圖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相關案例不勝枚舉給生產企業造成了巨大的生命財產損失。

2.1氨儲運系統

氨的物理性質：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現。在國家現行規范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。在國家現行規范GB50016《建筑設計防火規范》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超裝的液氨儲罐、氣瓶等極易發生爆炸。因此在氨儲運系統的設計、施工及使用過程中始終要把安全因素放在首位。

氨儲運系統的功能是把液氨處理成適合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、儲存、蒸發、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：卸車用的氨壓縮機、液氨儲罐、氨輸送泵、液氨蒸發器、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規模大小一般采用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在同一防火堤內成組布置防火堤內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≮1.0m在防火堤相對應的兩側設置進出踏步。氨區應設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。氨儲運區應設置凈寬和凈高均≮4m的環形消防車道環形消防車道至少要有兩處與工廠內道路聯通。同時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線在前幾年淘汰落后產能的過程中均已經停產國內玻璃生產企業基本都是規模以上企業廠內均有兩條以上的浮法生產線其廠內液氨罐區總容量一般為50～200m3氨區的火災危險性分類為乙類其內建筑物的墻、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表1。此外在玻璃工廠總圖設計之初對氨儲運區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。氨區的擺放要遠離可能發

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

以國內某2×800t/d浮法玻璃生產線為例，對氨區設計布局做具體說明其氨儲運區布置見圖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的首位消防噴淋系統應廣泛覆蓋液氨儲罐區域、液氨蒸發緩沖區域及卸車區域系統噴淋強度及持續時間等按照現行國家規范GB50084《自動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系統應立即聲光報警并連鎖啟動噴淋系統。另外還應在安全位置設置手動操作裝置。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也避免水資源浪費。對于北方地區的企業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區液氨蒸發及緩沖區為一個區共兩個防護區。水噴霧系統啟動控制分為自動控制啟動、手動遠控啟動和應急啟動三種方式。滅火器配置：液氨蒸發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圖3水噴霧消防系統見圖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作導致氨氣濃度報警裝置報警連鎖消防噴淋系統動作。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區排水系統應全部排放至廢水收集池經處理合格后方可排入廠內排水系統。

2.3氮氣置換

氨儲運區內所有的容器及管道均應設置氮氣置換接口在設備首次投用前、設備檢修、設備倒班及卸車等過程中必須采用氮氣將系統殘留的氨置換出來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現壓力不足的應及時更換。氮氣置換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《火災自動報警系統設計規范》的規定。報警裝置是消防安全系統至關重要的一環玻璃企業應采購質量好、精度高的知名企業產品并應定期對其進行校驗。該系統要經過安全及消防部門批準并通過檢驗驗收合格。

氨氣泄漏檢測器應設置在氨區遮陽棚下方按其監測半徑設置點位。一般要求當空氣中氨氣濃度達到100×10-6時應能自動發出報警信號連鎖打開消防噴淋系統。在本例中為保證安全并及時發現氨泄漏在氨區內5個點設置了氨氣泄漏檢測器其氨區監測點位布置見圖5。

3氨逃逸的防范與監測

來自氨儲運區的氨氣經廠區管網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煙道內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器參加脫硝反應。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。所以系統總會有過量的氨氣沒有參加反應而隨煙氣排出這種現象稱之為氨逃逸。氨逃逸會引發諸多不利因素會導致下游煙道及設備結垢堵塞且極難清理還會污染大氣腐蝕下游設備等。當催化劑的活性降低時就需要噴入更多的氨氣參加反應導致氨逃逸量增加應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。此方法不受煙道內粉塵、溫度、壓力波動的影響準確度較高。

4結語

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共架敷設時要保證足夠的安全距離氨系統的閥門及儀表等也應采用氨專用產品。另外從安全和經濟角度考慮當玻璃企業采用氨分解制氫工藝時氫站應與SCR系統共用氨儲運系統可以節省占地面積減少安全隱患。