1、2012年第2期廣東化工第39卷總第226期 · 115 ·SNCR脫硝系統模塊控制原理及技術特點王平(廣東省石油化工建設集團公司,廣東廣州 510260摘要文章詳盡的介紹了SNCR脫硝系統模塊控制原理及技術特點,整個系統在各種工況下自動運行,系統的啟動、正常運行監控和事故處理實現完全自動化,在實際生產的運行也取得了良好的效果。關鍵詞SNCR脫硝;控制原理;技術特點中圖分類號X 文獻標識碼A 文章編號1007-1865(201202-0115-02The SNCR de-NOx System Module Control Principle and Technical Ch

2、aracteristicWang Ping(Guangdong Petrochemical Engineering Construction Group Corporation, Guangzhou 510260, ChinaAbstract: The paper had detailed introduced the SNCR de-NOx system module control principle and technical characteristic, the system automatically operates in all working condition. The f

3、ull automation of the system start, normal operation and trouble handle has been achieved, and it leads to a good result in the actual production operation too.Keywords: SCNR flue gas de-NOx;ejection lance;locationing;installation;maintenance選擇性非催化還原法(以下稱SNCR脫硝工藝,是在沒有催化劑存在條件下,利用還原劑將煙氣中的NOx(氮氧化物還原為無害

4、的氮氣和水的一種脫硝方法。本公司承接某地垃圾焚燒發電廠三臺垃圾焚燒爐SNCR煙氣脫硝工程中,SNCR系統按照模塊化進行設計,主要有(1氨儲罐模塊、(2儲罐注液模塊、(3氨輸送模塊、(4稀釋水模塊、(5計量混合模塊、(6氨噴射模塊、(7控制單元模塊七部分組成。整個系統在各種工況下自動運行,系統的啟動、正常運行監控和事故處理實現完全自動化,通過一年多的運行取得了良好的效果。1 SNCR的基本原理及工藝流程1.1 基本原理SNCR脫硝是還原劑(25 %氨水和氮氧化合物(包括一氧化氮、二氧化氮,在8501050 情況下進行的如下反應: 2NH3+2NO+1/2O22N2+3H2O反應可達到的效率主要依

5、賴于反應溫度,在另一方面,最佳反應溫度取決于所處理煙氣的成分。高氧氣含量煙氣的最佳反應溫度將大大低于低氧氣含量的煙氣。一氧化碳、氫氣和水蒸氣同樣能影響氮氧化合物的分解率。反應溫度對反應速率具有強烈影響,稀釋后的還原劑在適合的反應溫度窗前均勻的分配在煙氣中,根據不同噴射形式和噴射系統的任務,還原劑液滴將被均勻的分布在反應區域的截面上。1.2 工藝流程SNCR脫硝系統流程如圖1。 圖1 SNCR系統流程Fig.1 Flow chart of SNCR system2 SNCR系統模塊控制原理及技術特點2.1 氨儲罐模塊2.1.1 控制原理PLC將依據從氨儲罐液位指示計、測壓計、溫度探測儀及鍋爐負荷

6、得來的信號自動控制系統進行相關操作。當高液位計向PLC報警時,PLC將停止進料;當低液位計報警時,PLC會發送進料報警;低低液位報警時,系統將停止輸送泵。氨氣監測裝置被置于不同的地方:在每一組輸送泵附近,在氨儲罐附近。任何一處檢測出有氨泄漏,聲光信號將發出警報同時檢測裝置將向控制系統報警。一旦氣體監測儀檢測出任何部位發生高濃度警報時,控制系統將自動停止SNCR系統。當需要充填氨儲罐時,低液位計會向主控系統(DCS發送警報。氨儲罐的實際容量由DCS監測并顯示,當儲罐進水閥切換至關閉位置或阻止進料泵的警報發出時,補充氨水程序會自動停止。2.1.2 技術特點該存儲設備可以獨立安放在鍋爐房外。儲罐配有

7、防腐扶梯,出于維修原因頂部設有維修平臺。儲罐使用的所有儀器都采用防爆設計,罐體配有液位計,溫度探測儀,溢流保護,安全閥,呼吸閥等,同時罐區配有氣體監測儀等氣體報警裝置,所有裝置均為防爆產品。防溢流裝置能將多余氨水回流到運輸卡車。安全閥用于釋放高壓,防止儲罐內產生過高壓力,當罐內壓力過高時自動開啟;同時罐內壓力過低時,呼吸閥會吸入空氣防止罐體變形。儲罐配有外排系統以防罐體過壓時將氨水回流至卡車中。由于安全因素考慮,在罐區附近設置緊急噴淋裝置。該模塊采用防爆設計,接到相應安全裝置信號時控制系統自動處理緊急狀況。2.2 儲罐注液模塊2.2.1 控制原理加注進程啟動時是從就地操作面板進行的。當儲罐注滿

8、時,高液位發送警報停止灌裝泵繼續加注;當低液位發送警報時會提示需要灌裝儲罐。當儲罐入口閥門關閉時,灌裝過程會自動停止并發送警報。2.2.2 技術特點儲罐的灌裝是由罐車直接加注。儲罐的灌裝線和排氣管通過撓性軟管與罐車連接。灌裝線將用于儲罐注液模塊,排氣管將灌裝過程中的多余壓力通過返回罐車釋放。灌裝進程啟動時排氣管線和灌裝線閥門打開,灌裝泵自動啟動。為了防止滿溢,儲罐配備有一個滿溢預防開關。磁耦合泵保收稿日期 2011-10-20作者簡介 王平(1965-,男,高級工程師,主要從事施工技術、項目施工等管理工作。廣東化工 2012年第2期· 116 · 第39卷總第226期證沒有

9、氨水泄露問題。儲罐和泵站固定在水泥臺上,罐內最大運行壓力限制為0.49 bar。系統運行過程中,壓力傳感器發送實際壓力信號對罐內壓力進行監測。一旦溢出防止器發送報警,灌裝泵會自動停止。灌裝泵還配有緊急按鈕,防溢一旦失效的情況下,緊急停泵。本模塊通過就地控制啟動,高液位信號及溢出保護報警時會自動停止灌裝過程。2.3 氨輸送模塊2.3.1 控制原理氨輸送模塊通過控制系統分布式I/O和現場總線與控制系統通信。壓力計將發送低壓報警及高壓報警,PLC將會自動通過壓力控制閥對泵壓進行調節,并實時監控壓力數據。發送泵運行狀態(運行或不運行到控制系統。發送泵的入口及出口閥門狀態信號到控制系統。2.3.2 技術

10、特點循環泵(一用一備在壓力為8 bar條件下向SNCR系統提供氨水,兩臺泵均配有壓力計,實時監測泵壓,實現就地及遠程控制。磁耦合泵保證沒有氨水泄露問題。為保證一定量的液體(約0.5 m/3 h在泵內循環,通過調整返回線壓力進行控制。該區域配有二級氣體檢測儀,當高位檢測報警時,整個SNCR系統將自動停止。2.4 稀水模塊釋2.4.1 控制原理該模塊通過分布式I/O和現場總線實現與操作系統通信并可進行當地及遠程操作。壓力傳感器向控制系統發送壓力信號,并有高泵壓力,低泵壓力報警。向控制系統發送泵狀態信號(運行或不運行;高液位報警停止加注,低液位啟動水箱加注過程。發送泵進氣閥及出口閥的位置(打開或關閉

11、信號。2.4.2 技術特點氮氧化物濃度變化時,除鹽水將氨水稀釋到適當的濃度進行噴射。高壓除鹽水輸送與單向閥門的使用防止了氨水回注污染稀釋水線。2.5 計量混合模塊2.5.1 控制原理還原劑和除鹽水的高、低流量警報會傳送到控制系統,DCS 將監測還原劑和稀釋水的實際流量。高、低氣壓警報會傳送到控制系統,DCS將監測還原劑和稀釋水的實際壓力。PLC可接受氨水的流量信號和稀釋水的流量信號。2.5.2 技術特點所有設備安裝在底座上,并包含溢出罐以防止任何溢出液流到地面,極易移動及連接。通常運輸氨水泵的底座設置在鍋爐旁。計量和混合模塊的儀器將被用于確認額定的消耗量。制造商指定的測量誤差和此型號的儀器的標

12、準將被考慮在內。所有測量/控制裝置,以及系統運行必要的閥門被安裝在封閉的鋼柜內。所有部件集于IP65控制柜,室內設置于焚燒爐旁。NOx控制器所需的必要氨水水量來自氨水輸送管道。水量由流量儀檢測,氣動調節閥控制。控制系統所需除鹽水(與氨水混合前由流速儀監測,氣動調節閥控制。所有混合水量被平均分配到每個噴嘴,水流由流速儀控制以保證合理分配。混合還原劑壓力由壓力計控制。單向閥門可防止氨水回流到稀釋水,各介質過濾器可防止進料堵塞。2.6 氨噴射模塊2.6.1 控制原理從在線監測測出的氮氧化物,氨濃度信號;以及3個鍋爐爐膛溫度信號(越多溫度信號越能確保系統性能和鍋爐負荷信號發送到PLC,PLC將控制調整

13、還原劑噴射截面。當負荷及NOx濃度的變化,PLC控制氨溶液稀釋模塊到一定的濃度(如有必要,并實時調整還原劑噴射量以保證系統經濟有效的運作。一旦噴槍出現故障,入口處的流量計及壓力計將發送警報。2.6.2 技術特點具體的噴射點位置設計是基于完整的CFD分析進行得,以保證在適當的溫度窗范圍內使煙氣和還原劑充分混合及反應。在CFD分析過程中,使用了完全燃燒模擬,包括飛灰的作用,輻射模型的使用,完全化學反應過程的模擬,準確評估了整個鍋爐系統,對爐膛內溫度分布進行詳細描述。噴槍是專門的雙液設計。在某些工況下不需要噴射還原劑的噴槍始終噴入壓縮空氣,防止高溫煙氣對噴槍的損害達到冷卻的目的。同時高速高壓噴射可以

14、對噴槍進行有效防堵。氨/水混合物通過噴射點分布在整個煙道截面。噴射點將分布在兩個不同高度面上,以保證氮氧化合物和還原劑始終在最佳的反應溫度區域進行反應。NOx與還原劑之間的反應是在氨水蒸發后進行的,所以化學反應效率大于96 %。脫硝需要的氨水量由SNCR系統的計量和分配電柜內的流量控制閥進行控制的。氨水用量是由氮氧化合物控制器的輸出數據設定的,氮氧化合物控制器的輸入數據是從排放邏輯單元得到的實際NOx值。所有噴槍均是從國外進口,可以在鍋爐運行的情況下進行更換。2.7 控制單元模塊2.7.1 控制原理兩級氣體檢測儀分別設置在氨罐區,氨輸送區,及噴射區。一旦檢測儀發出高位氨泄漏報警,整個SNCR系

15、統將會停止。根據從溫度測量和NOx分析儀的信息,控制系統可以實時調整稀釋濃度及噴射位置。不正確的設置或設置值和實際值出現高偏差時將發送報警。下列信號是由DCS提供并顯示的SNCR正常運行信號:(1出口處NOx濃度;(2出口處氨濃度;(3三個不同爐膛位置的溫度;(4鍋爐負荷;(5出口處O2 %量只;(6開啟/關閉SNCR系統信號。2.7.2 技術特點控制系統配有PLC西門子S7-300,通過Profibus分布及I/O通信。控制系統與工藝方式的協作與監測形成了全自動控制系統。它可以直接與電廠DCS進行通信,接收電廠信號并控制工藝。PLC操作將由PC實現,配有操作程序。所有的系統命令通過操作終端給

16、出。工藝圖片用于操作和系統管理,這些圖片使操作更加容易直觀,常用命令基本都在界面上給出并通過按鈕即可操作。必要的工藝數據在操作終端上顯示并傳送到電廠DCS上進行正常運行/監視。運行模式可為當地或遠程控制模式。遠程運行模式操作命令通過DCS進行。控制面板也可收集及存儲工藝信息。正常情況下,SNCR系統是全自動模式下進行的,即不需要人工介入控制。但是該系統也可在手動模式下運行,即系統可以通過控制面板進行控制。系統服務可選配電話調制解調器或LAN連接進行遠程控制監管,SNCR 系統為全自動控制,與主DCS通訊,自動監視惡劣條件系統報警或停機,系統內所有監視信號均可在電廠主DCS上顯示。控制系統準確計算還原劑噴射量,并準確控制稀釋和噴射模塊。整個SNCR系統通過控制系統自動運行,所有SNCR系統的信號均可在廠區DCS上進行顯示。3 運行效果(1采用先進、成熟、可靠的SNCR系統模塊控制原理及技術特點,使整個系統的造價經濟、合理,便于運行維護;(2觀察、監視、維護簡單;(3運行人員數量最