鄭州德斯特自動(dòng)化設(shè)備有限公司
1、概述:
NOX的危害:各種污染源產(chǎn)生的氮氧貨物中,絕大部分為NO,其毒性不是很大,但是NO在大氣中可以氧化生成NO2,NO2比較穩(wěn)定,其毒性是NO的4?5倍??諝庵蠳O2的含量在3.5×10-8(體積分?jǐn)?shù))持續(xù)1h,就開(kāi)始對(duì)人體有影響;含量為(20?50)×10-8時(shí),對(duì)人眼有剌激作用;當(dāng)含量達(dá)到150×10-8時(shí),對(duì)人體器官產(chǎn)生強(qiáng)烈剌激作用。此外,NOX還參與光化學(xué)煙霧和酸雨的形成。
DCS集散控制系統(tǒng)具有可靠性高、系統(tǒng)開(kāi)放、功能強(qiáng)大、維護(hù)簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)CR脫硝提供高效優(yōu)質(zhì)的監(jiān)控,提高控制的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性,提高脫硝的效率,更好的滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)氣體排放的要求。
2、系統(tǒng)原理:
脫硝原理采用選擇性催化還原方法,該反應(yīng)發(fā)生在裝有催化劑的反應(yīng)器里,煙氣與噴入的氨在催化劑的作用下反應(yīng),實(shí)現(xiàn)脫出氮氧化合物。煙氣中的氮氧化合物通常由95%的NO和5%的NO2組成,它們通過(guò)以下反應(yīng)轉(zhuǎn)化成水和氮?dú)狻?/span>
4NO+4NH3+ O2->4N2+6 H2O
4NH3+2NO2+O2->3N2+6H2O
NO2+NO+2NH3->2N2 +3 H2O
NOX的轉(zhuǎn)化率由如下公式表示:
ηNox —— 脫硝效率%
NOxin —— 反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度
NOxout —— 反應(yīng)器出口NOx濃度
3、工藝簡(jiǎn)介:
脫銷(xiāo)裝置主要由兩個(gè)系統(tǒng)組成,一個(gè)是SCR系統(tǒng),另一個(gè)是還原劑供應(yīng)系統(tǒng),即氨供應(yīng)系統(tǒng)。SCR子系統(tǒng)的主要設(shè)備位于SCR區(qū)域,即工業(yè)窯爐尾部區(qū)域。氨供應(yīng)系統(tǒng)制備的氣態(tài)氨經(jīng)沿廠區(qū)管架的氣態(tài)氨管道送入位于SCR區(qū)域的氨/空氣混合器與稀釋空氣混合后,由AIG系統(tǒng)注入到SCR入口煙道中。
3.1 SCR系統(tǒng):
煙氣在工業(yè)窯爐出口煙氣并行進(jìn)入一個(gè)垂直布置的SCR反應(yīng)器里,在反應(yīng)器里煙氣向下流過(guò)均流器、催化劑層,隨后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、靜電除塵器、引風(fēng)機(jī)和FGD,最后通過(guò)煙囪排入大氣。
SCR 系統(tǒng)包括:煙氣系統(tǒng)、觸媒吹掃系統(tǒng)。煙氣系統(tǒng)主要包括稀釋風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器,氨流量控制閥,噴氨關(guān)斷閥,噴氨格柵等。氣態(tài)氨來(lái)自公用系統(tǒng)氨制備區(qū),與稀釋風(fēng)機(jī)提供的空氣按照一定的體積比例通過(guò)氨/空氣混合器混合后經(jīng)過(guò)噴氨格柵注入反應(yīng)器,為脫硝工藝系統(tǒng)提供還原劑。噴氨格柵包括噴氨母管、噴氨支管,每根支管上裝有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)裝置,其作用為粗調(diào)進(jìn)口煙道截面上的噴氨濃度分布。噴氨檢測(cè)裝置為每個(gè)反應(yīng)器一套,主要有1個(gè)噴氨流量控制閥和1個(gè)噴氨關(guān)斷閥組成,用于控制系統(tǒng)的噴氨量。觸媒吹掃系統(tǒng)主要包括觸媒、蒸汽吹灰器。觸媒采用蜂窩式催化劑,主要活性成分為T(mén)iO2和V2O5,少量的WO3。本工程催化劑層按2+1層,即2層催化劑設(shè)計(jì)層加1層催化劑預(yù)留層,每層設(shè)置3臺(tái)吹灰器。
耙式吹灰器裝在每個(gè)催化劑層的上方,采用過(guò)熱蒸汽吹灰,吹掉催化劑上的積灰。吹灰器的啟動(dòng)根據(jù)反應(yīng)器催化劑層的阻力由脫銷(xiāo)DCS進(jìn)行控制。
氣態(tài)氨與被加熱后的稀釋空氣在混合器AIG系統(tǒng)稀釋后,經(jīng)氨注射柵格注入SCR反應(yīng)器入口前的煙道中。完整的氨噴射系統(tǒng),保證氨氣和煙氣混合均勻,噴射系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)閥和孔板流量系統(tǒng)用于在調(diào)試運(yùn)行期間進(jìn)行調(diào)節(jié),使每個(gè)噴嘴的氨流量達(dá)到運(yùn)行要求,一旦調(diào)好則固定不變。
3.2 氨供應(yīng)系統(tǒng):
液氨用罐車(chē)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)氨卸載裝置卸載到液氨貯罐中。貯罐中的液氨送到蒸發(fā)器中蒸發(fā)產(chǎn)生氣態(tài)氨。氨卸載壓縮機(jī)抽取氨貯罐中的氨氣,經(jīng)壓縮后將槽車(chē)的液氨推擠入液氨貯罐中。氨罐設(shè)計(jì)有防太陽(yáng)輻射措施,四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴,當(dāng)貯罐罐體溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)淋水裝置啟動(dòng),對(duì)罐體自動(dòng)噴淋減溫;當(dāng)有微量氨氣泄露時(shí)也可啟動(dòng)自動(dòng)淋水裝置,對(duì)氨氣進(jìn)行吸收,控制氨氣污染。
蒸發(fā)器出口氨氣管道上裝有壓力控制閥和流量調(diào)節(jié)閥,使進(jìn)入煙道的氨氣壓力控制在一定范圍內(nèi)。蒸發(fā)器上裝有壓力和溫度測(cè)量裝置,并將測(cè)量信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)以控制電加熱器,使加熱介質(zhì)的溫度維持在一定范圍,確保液氨轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)被加熱的液氨超過(guò)最高液位時(shí),系統(tǒng)報(bào)警并切斷液氨進(jìn)料。蒸發(fā)器裝有通風(fēng)閥。液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有氨氣檢測(cè)器,以檢測(cè)氨氣的泄漏,并顯示大氣中氨的濃度。當(dāng)檢測(cè)器測(cè)得大氣中氨濃度過(guò)高時(shí),在機(jī)組控制室會(huì)發(fā)出警報(bào),操作人員采取必要的措施,以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生。在氨供應(yīng)區(qū)的儲(chǔ)罐區(qū)域、蒸發(fā)區(qū)域和卸載區(qū)域均布置有氨氣泄漏檢測(cè)器。
4、控制策略:
脫硝控制系統(tǒng)的硬件和軟件與單元機(jī)組DCS系統(tǒng)的硬件和軟件均采用優(yōu)穩(wěn)DCS系列,脫硝工藝系統(tǒng)即SCR系統(tǒng)作為單元機(jī)組DCS系統(tǒng)的一個(gè)子站分別納入到單元機(jī)組DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制,還原劑存儲(chǔ)、制備、供應(yīng)系統(tǒng)則作為公用DCS系統(tǒng)的一個(gè)遠(yuǎn)程I/O站納入到公用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制。公用DCS和單元機(jī)組DCS之間通過(guò)冗余的光纖通訊連接。運(yùn)行人員直接通過(guò)集控室中單元機(jī)組DCS操作員站完成對(duì)脫硝系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備的監(jiān)控,氨制備區(qū)的監(jiān)控在公用DCS上實(shí)現(xiàn)。
脫銷(xiāo)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩部分功能,一部分為氨系統(tǒng)的控制,由公用DCS中的一對(duì)用于氨制備區(qū)的CP負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn),這部分主要實(shí)現(xiàn)氨的卸載,貯罐的轉(zhuǎn)運(yùn),提供反應(yīng)器所需氨蒸汽以及貯罐各工藝參數(shù)的監(jiān)視及事故狀況下的應(yīng)急處理。其主要的控制對(duì)象為氨壓縮機(jī)系統(tǒng)、貯罐、污水坑泵、氨蒸發(fā)器、氨卸載控制盤(pán)。另一部分為反應(yīng)器區(qū)的控制,由SCR_DCS負(fù)責(zé),每臺(tái)爐兩個(gè)反應(yīng)器設(shè)一對(duì)CP,由這部分主要實(shí)現(xiàn)NOX脫出濃度的控制及反應(yīng)器各工況的監(jiān)視、吹灰控制,其主要控制對(duì)象包括稀釋空氣風(fēng)機(jī)、吹灰器、氨流量控制閥等。
4.1 氨供應(yīng)系統(tǒng)儀表和控制邏輯:
液氨貯罐區(qū)域安裝有氨泄漏檢測(cè)儀以探測(cè)空氣中的氨系統(tǒng)所泄漏的氨。若檢測(cè)儀控測(cè)到游離氨,將發(fā)送DI信號(hào)給DCS系統(tǒng)并觸發(fā)聲光報(bào)警并自動(dòng)打開(kāi)貯罐水噴淋系統(tǒng)。氨濃度為超高位報(bào)警時(shí),DCS將關(guān)閉整個(gè)氨系統(tǒng),停止貯罐向蒸發(fā)器供應(yīng)液氨。
系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)安裝在貯罐上的測(cè)溫?zé)犭娮铏z測(cè)到貯罐溫度達(dá)到38℃時(shí),DCS將自動(dòng)打開(kāi)貯罐水噴淋系統(tǒng),打開(kāi)水噴淋關(guān)斷閥以冷卻貯罐,當(dāng)DCS監(jiān)視到貯罐溫度降到35℃時(shí),操作人員應(yīng)關(guān)閉貯罐水噴淋系統(tǒng)。當(dāng)貯罐溫度達(dá)到40℃時(shí),DCS終端屏上將顯示報(bào)警。當(dāng)安裝在貯罐上的壓力變送器檢測(cè)到貯罐壓力達(dá)到1.8MPa時(shí),DCS終端屏上將顯示報(bào)警,貯罐壓力達(dá)到2MPa時(shí),DCS終端屏上將顯示報(bào)警,操作人員應(yīng)打開(kāi)貯罐水噴淋系統(tǒng),打開(kāi)水噴淋關(guān)斷閥以冷卻貯罐,降低貯罐壓力。
蒸發(fā)器配有檢測(cè)熱媒(乙二醇水溶液)液位計(jì),當(dāng)液位低于300mm(頂部為0液位)時(shí),DCS控制終端屏上將報(bào)警,并自動(dòng)關(guān)閉蒸發(fā)器,關(guān)閉相應(yīng)的電加熱器;當(dāng)液位高于100mm(頂部為0液位)時(shí),DCS控制終端屏上將報(bào)警,需要操作人員手動(dòng)處理,排出多余的熱媒溶液。每個(gè)蒸發(fā)器出口裝有液氨液位計(jì),當(dāng)液位低于50mm時(shí),DCS控制終端屏上將報(bào)警;當(dāng)液位高于500mm時(shí),DCS控制終端屏上將報(bào)警,并自動(dòng)關(guān)閉蒸發(fā)器。蒸發(fā)器配有檢測(cè)熱媒(乙二醇水溶液)熱電阻用于溫度的控制,DCS通過(guò)PID調(diào)節(jié)自動(dòng)控制熱媒溫度為60℃。蒸發(fā)器配有熱媒(乙二醇水溶液)溫度開(kāi)關(guān),用于蒸發(fā)器熱媒的超溫度保護(hù),當(dāng)溫度高于65℃時(shí),DCS控制終端屏上將報(bào)警,并自動(dòng)關(guān)閉蒸發(fā)器,關(guān)閉相應(yīng)的電加熱器。蒸發(fā)器出口氨管道上安裝有檢測(cè)氨氣溫度的熱電阻,當(dāng)溫度低于0℃或高于48℃,DCS控制終端屏上將報(bào)警。操作人員需要檢查蒸發(fā)器熱媒液位和溫度是否正常,并排除故障。蒸發(fā)器出口氨管道上安裝有檢測(cè)氨氣壓力的壓力變送器,當(dāng)壓力分別低于低位(0.3MPaG)、超低位(0.25MPaG)或高于高位(1.4MPaG),DCS 控制終端屏上將報(bào)警。每個(gè)蒸發(fā)器出口安裝有自力式壓力調(diào)節(jié)閥,以確保供應(yīng)SCR的氣態(tài)氨具有恒定的壓力。當(dāng)蒸發(fā)器投入運(yùn)行,準(zhǔn)備好向SCR供應(yīng)氣態(tài)氨后,壓力調(diào)節(jié)管線同時(shí)亦準(zhǔn)備好向SCR供應(yīng)氨氣。自力式壓力調(diào)節(jié)閥出口設(shè)有壓力表就地顯示蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力;壓力調(diào)節(jié)閥出口亦設(shè)有壓力開(kāi)關(guān),當(dāng)檢測(cè)到壓力分別低于低位(0.09MPaG)、或高于高位(0.12MPaG),DCS控制終端屏上將報(bào)警,并自動(dòng)關(guān)閉蒸發(fā)器的氣態(tài)氨供應(yīng)即關(guān)閉出口閥。
蒸發(fā)器區(qū)域安裝有兩個(gè)氨泄漏檢測(cè)儀以探測(cè)空氣中的氨系統(tǒng)所泄漏的氨。若檢測(cè)儀控測(cè)到游離氨,氨濃度為高位(25ppmv)時(shí),將發(fā)送DI信號(hào)給DCS系統(tǒng)并觸發(fā)聲光報(bào)警并可自動(dòng)打開(kāi)貯罐水噴淋系統(tǒng),打開(kāi)水噴淋關(guān)斷閥。氨濃度為超高位(35ppmv)報(bào)警時(shí),DCS將關(guān)閉所在蒸發(fā)器,停止向SCR供應(yīng)氨蒸汽和關(guān)閉整個(gè)氨系統(tǒng),關(guān)閉貯罐出口閥門(mén)。
稀釋空氣風(fēng)機(jī)向氨/空氣混合器供給空氣,使氣態(tài)氨的濃度低于LEL值,由于氨氣流量較小,經(jīng)稀釋后也有利于氨注入后在煙道中的均勻分布。本項(xiàng)目氨氣的濃度設(shè)定為5%(V/V)進(jìn)行控制。當(dāng)氨與空氣的比列上升到8%時(shí),控制室DCS HMI顯示屏發(fā)出警報(bào),達(dá)到10%時(shí),DCS 自動(dòng)關(guān)閉氨流量調(diào)節(jié)閥入口的關(guān)斷閥。氨/空氣混合器入口稀釋空氣管道上的流量計(jì)檢測(cè)到的空氣流量低于設(shè)定的低值,DCS終端控制屏上報(bào)警,三分種后啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī),如果釋空氣流量降到了設(shè)定的超低值,則關(guān)閉氨供應(yīng)閥門(mén),停止向SCR 供應(yīng)氣態(tài)氨。DCS比較稀釋空氣流量和氨的流量,如果氨的濃度超過(guò)8%就報(bào)警,如果氨的濃度超過(guò)10%,則關(guān)閉氨供應(yīng)閥門(mén),停止向SCR供應(yīng)氣態(tài)氨。
從蒸發(fā)器出口壓力調(diào)節(jié)閥流出的氣態(tài)氨經(jīng)管線分別進(jìn)入氨流量監(jiān)測(cè)段,入口氨氣壓力由分別由壓力表就地指示,流量、溫度和壓力分別由孔板流量計(jì)、熱電阻、壓力變送器檢測(cè),這些數(shù)據(jù)由AI信號(hào)輸入DCS。壓力變送器測(cè)得的壓力低于70KPaG時(shí),在DCS HMI終端的脫硝供氨公用系統(tǒng)屏上產(chǎn)生氨低壓報(bào)警,提醒操作人員供氨壓力過(guò)低,DCS亦通過(guò)計(jì)算模塊對(duì)流量計(jì)測(cè)得的流量提供壓力補(bǔ)償。熱電阻測(cè)得的溫度低于-10℃時(shí),在DCS HMI終端的脫硝供氨公用系統(tǒng)屏上產(chǎn)生氨低溫報(bào)警,提醒操作人員需要啟動(dòng)液氨泵,DCS亦通過(guò)計(jì)算模塊對(duì)流量計(jì)測(cè)得的流量提供溫度補(bǔ)償。
進(jìn)入氨注射柵格氨/空氣混合物中氨濃度設(shè)計(jì)為不超過(guò)5%。氨氣流量由閉環(huán)控制系統(tǒng)控制,流量計(jì)測(cè)得的流量經(jīng)溫度和壓力修正。作為工藝控制數(shù)據(jù)進(jìn)入DCS的氨氣PI流量控制器。DCS根據(jù)SCR反應(yīng)器出口的NOX檢測(cè)值和設(shè)定值間的差值計(jì)算需要增加的氣氨流量,再加上流量計(jì)測(cè)得的流量與稀釋空氣流量比較和計(jì)算氨的濃度,確保沒(méi)有超過(guò)準(zhǔn)許最大氨的濃度設(shè)計(jì)值。
如果比較結(jié)果合格,PI控制器計(jì)算閥門(mén)控制變量并控制流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
出現(xiàn)以下條件,氨流量關(guān)斷閥將自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉:
反應(yīng)器入口溫度>430°C或<310°C。
反應(yīng)器出口溫度>430°C或<310°C。
注入煙道的氨/空氣混合物中的氨濃度超過(guò)10%的時(shí)間達(dá)到5秒鐘。
氨/空氣混合器入口的稀釋空氣流量小于設(shè)定值超過(guò)5秒鐘
SCR 反應(yīng)器入口擋板未開(kāi)啟。
氨系統(tǒng)未準(zhǔn)備好供應(yīng)氣態(tài)氨。
任何氨系統(tǒng)事故報(bào)警發(fā)生。
如果氨流量關(guān)斷閥自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉,DCS將關(guān)閉信號(hào)傳給氨流量開(kāi)斷閥,維持關(guān)閉狀。
4.2 SCR 反應(yīng)器儀表和控制邏輯
煙道上設(shè)置必要測(cè)點(diǎn)用于SCR反應(yīng)的監(jiān)測(cè)和控制,主要如下:
SCR入口NOX:每個(gè)反應(yīng)器入口煙道設(shè)置一個(gè)NOX測(cè)點(diǎn),用于監(jiān)測(cè)SCR入口NOX濃度。
反應(yīng)器入口溫度:每個(gè)反應(yīng)器入口煙道設(shè)有溫度測(cè)點(diǎn),用于監(jiān)測(cè)SCR入口溫?zé)煔鉁囟取?/span>
反應(yīng)器出口溫度:每個(gè)反應(yīng)器出口煙道設(shè)有溫度測(cè)點(diǎn),用于監(jiān)測(cè)SCR出口溫?zé)煔鉁囟取?/span>
SCR出口NOX:每個(gè)反應(yīng)器出口煙道設(shè)置一個(gè)NOX測(cè)點(diǎn),用于監(jiān)測(cè)SCR出口NOX濃度。
反應(yīng)器進(jìn)出口(催化劑)差壓:每個(gè)反應(yīng)器安裝有催化劑進(jìn)出口的差壓計(jì)。
反應(yīng)器出口O2濃度:每個(gè)反應(yīng)器出口設(shè)置一個(gè)O2測(cè)點(diǎn)以測(cè)量煙氣中的O2濃度,用于NOX測(cè)量值的修正。
當(dāng)SCR入口煙氣溫度大于400℃或小于315℃時(shí),DCS將在終端屏發(fā)出警報(bào)信息;當(dāng)入口煙氣溫度大于430℃或小于310℃時(shí),DCS將在終端屏發(fā)出警報(bào)信息的同時(shí),自動(dòng)關(guān)閉SCR的氨供應(yīng),即關(guān)閉相應(yīng)的氣氨關(guān)斷閥。反應(yīng)器出口NOX濃度<130 ppm超過(guò)15分鐘的時(shí)間,DCS將在終端屏發(fā)出警報(bào)信息;當(dāng)NOX濃度< 100 ppm超過(guò)30秒,DCS將在終端屏發(fā)出警報(bào)信息的同時(shí),自動(dòng)關(guān)閉SCR的氨供應(yīng),即關(guān)閉相應(yīng)的氣氨關(guān)斷閥。當(dāng)催化劑進(jìn)出口差壓達(dá)到設(shè)定值,DCS將在終端屏發(fā)出警報(bào)信息,提醒操作員催化劑需要及時(shí)吹灰。每臺(tái)機(jī)組兩個(gè)反應(yīng)器催化劑吹灰器共用一套蒸汽管道系統(tǒng),吹灰蒸汽汽源引自從鍋爐吹灰蒸汽管道減壓站出口。每一吹灰器帶有一個(gè)入口控制閥用于控制蒸汽壓力。每臺(tái)機(jī)組SCR吹灰系統(tǒng)有一個(gè)用于低壓報(bào)警的壓力開(kāi)關(guān)和一個(gè)用于高壓報(bào)警的壓力開(kāi)關(guān),用于監(jiān)視到吹灰器的蒸汽壓力,持續(xù)(10秒)低壓條件將導(dǎo)致當(dāng)前運(yùn)行的吹灰器停車(chē)和縮回;每臺(tái)機(jī)組SCR包括一個(gè)溫度計(jì)和一個(gè)溫度傳感器用于監(jiān)視到吹灰器的蒸汽溫度,低溫條件將導(dǎo)致當(dāng)前運(yùn)行的吹灰器停車(chē)和縮回;脫硝吹灰系統(tǒng)由SCR DCS直接進(jìn)行控制。控制室操作員可以通過(guò)DCS 的脫硝輔助系。統(tǒng)控制屏啟動(dòng)和停止吹灰系統(tǒng)或由DCS自動(dòng)控制吹灰器的啟停。每天對(duì)脫硝催化劑進(jìn)行3 次吹灰或根據(jù)催化劑進(jìn)出口差壓的設(shè)定值聯(lián)鎖自動(dòng)啟動(dòng)吹灰器進(jìn)行吹灰。
5、控制工程
DCS集散控制系統(tǒng)在SCR脫硝控制系統(tǒng)的應(yīng)用,硬件配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及工藝流程圖。
6、小結(jié):
選擇性催化還原法脫硝(SCR)在使用了DCS集散控制系統(tǒng)之后,能夠改善工人的工作強(qiáng)度,提高脫硝的效率,利用DCS強(qiáng)大集散控制能力,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行。DCS特有的聯(lián)鎖控制也提高了脫硝工段的安全性,DCS集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也使得生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定易控。
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