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                      蒸汽流量計

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                      焦爐煙氣脫硝系統中蒸氣流量計的控制

                      來源:作者:發表時間:2019-08-16

                      焦爐煙氣脫硝系統中蒸汽流量計的控制
                      摘要:介紹了焦爐煙氣脫硝系統中蒸汽流量計的工藝、設備及控制,指出焦爐煙氣脫硝運行中存在的問題,及時調整控制指標,保證了蒸汽流量計穩定運行,實現了焦爐煙氣超低排放。焦化行業對氮氧化物等污染物排放要求日趨嚴格,焦爐煙氣SCR脫硝系統中采用的蒸汽流量計操作復雜,運行穩定性差。對蒸汽流量計、設備選型、管線布置、DCS自動化控制等多方面進行優化,通過1年多的調試,該蒸汽流量計運行穩定,控制精準,處理后的煙氣可以達到超低排放標準。
                      1蒸汽流量計系統的組成
                      1.1氨區系統
                      氨區設置2個100m3氨水貯罐,材料為304不銹鋼,其凈儲存量可以滿足4座焦爐連續運行5天。氨水貯罐采用常壓設計、立式平底結構,貯罐ding部設置帶阻火器的呼吸閥及安裝有磁翻板液位計,并設置高低液位報警儀,溫度、壓力顯示儀,人孔、爬梯等附件。為了便于監測管理,氨水貯罐除了設置現場液位計以外,還設置了遠傳雷達液位計,氨水貯罐的液位和溫度可在DCS上顯示。為保證安全,氨水貯罐采用內浮ding式設計,當充裝氨水時,內浮ding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面積,降低氨水的蒸發量。為了防止貯罐內吸入空氣,還在氨水ding部通入氮氣,裝置運行時內浮ding上部空間為氮氣環境,消除了產生爆炸性混合氣體的條件。氨水泵向蒸汽流量計器輸送氨水,泵的出口壓力為0.60MPa,根據脫硝后煙氣中氮氧化物的含量,由入口調節閥進行氨水流量調節。
                      1.2氨水預熱器
                      氨水預熱器采用固定管板的管殼式換熱器。氨水預熱器的作用是利用蒸汽流量計器產生的蒸汽凝液將氨水進行初次預熱,一方面節約蒸汽流量計器的蒸汽耗量,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損失。
                      1.3蒸汽流量計器
                      蒸汽流量計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。蒸汽流量計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入蒸汽流量計器,被蒸汽加熱部分氣化后進入氨水緩沖罐中進行氣液分離。蒸汽流量計器采用0.8MPa低壓過熱蒸汽加熱,加熱后的蒸汽變為蒸汽凝結水,靠液位差進入凝液緩沖罐。加熱蒸汽的流量根據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,一是進行氣液分離,二是作為氣體緩沖。從蒸汽流量計器來的氨水為氣液兩相,緩沖罐分離出來的氣相進入氨氣/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至蒸汽流量計器。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到氨氣過熱的目的。氨氣緩沖罐上裝有液位控制系統,通過控制加熱蒸汽的流量使緩沖罐內液位穩定。當氨水的蒸發壓力一定,氨水緩沖罐的液位不變時,進入的氨水質量等于蒸發出的氨氣質量。為了防止氨氣在輸送管道上冷凝,蒸汽流量計在0.1MPa壓力下進行,此時蒸發溫度為119℃。當氨氣通過罐ding壓力控制閥減壓后,氨氣為過熱狀態,在采取保溫和伴熱措施后保證不會發生冷凝。氨水緩沖罐為壓力容器,上部裝有安全閥,可防止設備壓力過高。
                      1.5凝液緩沖罐
                      凝液緩沖罐的作用是收集蒸汽流量計器中的蒸汽凝結水。蒸汽凝結水靠位差從蒸汽流量計器中自流至凝液緩沖罐,通過調節閥控制凝液緩沖罐的液位,以保證只排出凝結水而不損失蒸汽。凝液緩沖罐排出的蒸汽凝結水再進入氨水預熱器進一步回收其中的熱量,好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,可防止設備壓力過高。由于排放介質是低壓蒸汽,可以在安全的地方直接排放。蒸汽流量計流程如圖1所示。
                      氨水蒸發工藝流程
                      2蒸汽流量計的控制及連鎖
                      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,操作人員手動調節氨水預熱器入口閥門開度,使氨水流量達到設計值,并根據氮氧化物排放量和氨逃逸量調節氨水流量。當氮氧化物排放量和氨逃逸量達到工藝要求時,以此值作為氨水流量計的設定值,將氨水流量投入自動控制。此時氨水流量計根據設定值發出控制信號,調整開度,使氨水流量穩定在設定值。當自動控制穩定后,可以將氮氧化物排放值作為變量參加控制,實現串級調節。根據氮氧化物在線檢測儀檢測到的氮氧化物排放濃度,手動調整氨水流量設定值,控制煙氣中NOx含量小于100mg/m3。當NOx排放量穩定后,將AICA-3005投入串級控制。投入串級調節后,當氮氧化物檢測儀檢測到排放的氮氧化物濃度與設定值發生偏差時,會發出一個修正信號,自動修改氨水流量計的設定值。氨水流量的設定值被修改后,控制系統會自動修正入口調節閥開度,使氨水的流量根據氮氧化物的排放量而變化。同時結合焦爐煙氣脫硝工藝,把交換機換向報警信號取到DCS進行邏輯控制,交換機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控制在
                      5mg/L以下。
                      2.2氨水緩沖罐的液位控制
                      在氨水進料量、蒸汽流量計壓力一定的條件下,氨氣流量與氨水緩沖罐液位有關。通過調節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,此時氨水進料量等于蒸汽流量計量。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定值產生了偏差,發出信號使加熱蒸汽調節閥開大或關小,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定。
                      2.3氨水緩沖罐的壓力控制
                      氨水在20kPa壓力下的蒸發溫度為118℃,此溫度為飽和溫度,當溫度稍微降低時,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20kPa壓力下蒸發(此時氨水的蒸發溫度為118℃),之后通過壓力控制閥使之減壓到10kPa,此時氨氣溫度為110℃,遠大于飽和溫度,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定在20kPa,當壓力升高或降低時,調節閥動作,使氨水緩沖罐的壓力保持在20kPa。
                      2.4氨水預熱器入口調節閥門的安全連鎖
                      為了保證脫硝裝置的安全生產和脫硝催化劑的使用壽命,設置了氨水入口流量調節閥4種故障狀態的安全連鎖。
                      (1)I-103連鎖:當風機發生故障停止運行時觸發I-103連鎖,連鎖動作是關閉氨水入口流量調節閥。這是為了防止氨空混合器中氨氣的濃度太高,達到爆炸極限而采取的緊急安全切斷措施。
                      (2)I-102連鎖:當引風機發生故障停止運行時觸發I-102連鎖,連鎖動作是關閉入口調節閥,旁通閘板閥全開。因為當引風機停止運行時,煙氣改走原煙道,脫硝反應器停止工作,裝置不需要噴氨。
                      (3)I-101連鎖:當脫硝反應器入口煙氣溫度處于低低位時觸發I-101連鎖,連鎖動作是關閉氨水入口調節閥。這是為了防止低溫下氨氣與氮氧化物反應形成硝酸鹽,硝酸鹽不但會堵塞催化劑,而且會發生爆炸,發生安全事故。
                      (4)I-503連鎖:當氨水緩沖罐液位處于高高位時,觸發I-503連鎖,連鎖動作是關閉氨水入口調節閥。這是為了防止氨水緩沖罐液位過高使液體進入氨氣煙氣混合器及脫硝反應器,淋濕催化劑,導致催化劑失效或壽命降低。
                      3蒸汽流量計系統存在的問題及處理
                      氨水由預熱器預熱后進入蒸發器加熱蒸發,含有氨氣與水的混合氣進入到氨水緩沖罐進行氣液分離,再經氨水緩沖罐ding部調節閥調節控制流量、壓力后送到氨氣煙氣混合器中,與風機送來的160℃的煙氣混合后經噴氨格柵噴入到脫硝反應器的進口管道中,再經過氣流分布器進行煙氣均勻分布,好后進入脫硝反應器進行脫硝。蒸汽流量計系統運行3個月后氨水預熱器、蒸汽流量計器、氨水緩沖罐等多處位置出現了不同程度的結晶和堵塞。
                      現場取樣后經過化驗室分析發現,氨水結晶體主要成分為硫化物和氯化物。經過多方了解與查詢,目前市場供應的氨水有合成氨水和副產氨水2種。副產氨水含有多種雜質,化學成分不確定,不但影響脫硝效率,還會造成脫硝煙氣二次污染,特別是有機烴類會使催化劑中毒。根據合成氨水生產實際情況,參照工業液氨、去離子軟化水的國家標準,制定脫硝用氨水檢驗控制標準,見表1。焦爐煙氣脫硝工藝運行1年多,蒸汽流量計系統運行穩定,沒有出現結晶、堵塞等生產事故,脫硝裝置運行穩定。
                      氨水檢驗控制指標
                      4結語
                      焦爐煙氣脫硝系統中的蒸汽流量計采用氨水預熱、蒸汽流量計、氨水氣液緩沖分離及蒸汽冷凝液緩沖排放等設計,同時配套DCS自動控制系統作保障,提高了煙氣脫硝系統的安全性與控制精度,保證脫硝系統氮氧化物與氨水噴入量的非常好的配比。近1年來煙氣脫硝裝置運行穩定,蒸汽流量計控制系統在焦爐煙氣脫硝中取得成功應用。
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