摘要：討論分析了玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，著重論述了氨系統(tǒng)安全性要求及消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)。并從工程實(shí)例出發(fā)，更加直觀地展現(xiàn)了SCR工藝氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置方法。為玻璃工廠同類工程提供技術(shù)參考和依據(jù)，提高玻璃企業(yè)的生產(chǎn)安全性和可靠性。

0 引言

當(dāng)前，環(huán)保要求異常嚴(yán)格，尤其對(duì)于鋼鐵、水泥及玻璃等高污染行業(yè)，更是治理的重中之重。在玻璃行業(yè)，無(wú)論是新投產(chǎn)的還是原有生產(chǎn)線整改，無(wú)一例外都要進(jìn)行煙氣脫硫脫硝。在玻璃煙氣脫硝應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)是SCR工藝（選擇性催化還原技術(shù)SelectiveCatalyticReduction），其它脫硝技術(shù)，如SNCR工藝（選擇性非催化還原技術(shù)SelectiveNon-CatalyticReduction）以及SNCR/SCR交互脫硝技術(shù)，應(yīng)用很少。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在用的脫硝裝置中，采用SCR工藝的設(shè)備總臺(tái)數(shù)占全部脫硝設(shè)備總數(shù)的73.8%，煙氣處理量則達(dá)到總排放煙氣量的94.7%。

1 SCR脫硝工藝原理

SCR化學(xué)反應(yīng)原理就是利用氨氣作為還原劑，與煙氣中的NO發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮x氣和水，這一反應(yīng)過(guò)程有溫度條件限制，一般為300～380℃，而且還要在有催化劑的環(huán)境中進(jìn)行。目前，可以為SCR工藝提供還原劑的物質(zhì)主要有液氨、氨水及尿素3種。這3種還原劑各有優(yōu)缺點(diǎn)。

液氨一般純度為99.8%，純度高，工藝流程簡(jiǎn)單，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，但液氨有毒，易燃易爆，所以有嚴(yán)格的安全和防火要求，受到當(dāng)?shù)卣脖O(jiān)和質(zhì)監(jiān)部門的嚴(yán)格監(jiān)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(fèi)用高于液氨，工藝流程較復(fù)雜；尿素最為安全，不受政府部門監(jiān)管，但是價(jià)格最高，工藝系統(tǒng)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(yè)SCR工藝一般由氨的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氨氣稀釋噴入混合系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。玻璃企業(yè)典型SCR工藝系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，氨的使用貫穿整個(gè)工藝流程，由于氨具有毒性及火災(zāi)危險(xiǎn)性，一直以來(lái)事故多發(fā)，相關(guān)案例不勝枚舉，給生產(chǎn)企業(yè)造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。

2.1 氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

氨的物理性質(zhì)：無(wú)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(shí)很容易被發(fā)現(xiàn)。在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范GB18218《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》重大危險(xiǎn)源判定中，SCR工藝中氨的使用臨界量為10t。在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中，氨的火災(zāi)危險(xiǎn)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(shù)，超裝的液氨儲(chǔ)罐、氣瓶等極易發(fā)生爆炸。因此，在氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及使用過(guò)程中，始終要把安全因素放在首位。

氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的功能是把液氨處理成適合SCR工藝系統(tǒng)使用的具有一定壓力范圍的氨氣，氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)包括卸車、儲(chǔ)存、蒸發(fā)、緩沖、輸送及事故排放等工藝裝置。SCR工藝系統(tǒng)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(chǔ)運(yùn)區(qū)基本配置：卸車用的氨壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨輸送泵、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、液氨稀釋槽、廢水處理系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)以及控制室、配電室等。

液氨儲(chǔ)罐的數(shù)量根據(jù)玻璃工廠規(guī)模大小，一般采用2～3個(gè)，要求其儲(chǔ)存量能滿足7~10天的使用要求。均采用地上臥式儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐應(yīng)在同一防火堤內(nèi)成組布置，防火堤內(nèi)的有效容積要大于其中最大一臺(tái)儲(chǔ)罐的儲(chǔ)量，一般防火堤的高度應(yīng)≮1.0m，在防火堤相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)設(shè)置進(jìn)出踏步。氨區(qū)應(yīng)設(shè)置足夠高度和覆蓋面積的遮陽(yáng)棚，防止夏季日曬對(duì)液氨儲(chǔ)罐溫升造成影響。氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)應(yīng)設(shè)置凈寬和凈高均≮4m的環(huán)形消防車道，環(huán)形消防車道至少要有兩處與工廠內(nèi)道路聯(lián)通。同時(shí)，在儲(chǔ)罐區(qū)，控制室等均應(yīng)配有手提式滅火器等消防器材。目前，小規(guī)模的玻璃生產(chǎn)線在前幾年淘汰落后產(chǎn)能的過(guò)程中均已經(jīng)停產(chǎn)，國(guó)內(nèi)玻璃生產(chǎn)企業(yè)基本都是規(guī)模以上企業(yè)，廠內(nèi)均有兩條以上的浮法生產(chǎn)線，其廠內(nèi)液氨罐區(qū)總?cè)萘恳话銥?0～200m3，氨區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為乙類，其內(nèi)建筑物的墻、柱、屋頂?shù)染鶓?yīng)采用不燃性材料，氨

區(qū)內(nèi)各部分的防火間距要求見(jiàn)表1。此外，在玻璃工廠總圖設(shè)計(jì)之初，對(duì)氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)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(fēng)側(cè)。氨區(qū)的擺放要遠(yuǎn)離可能發(fā)

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(jìn)出、人員撤離等。

2.1.2 工程實(shí)例

以國(guó)內(nèi)某2×800t/d浮法玻璃生產(chǎn)線為例，對(duì)氨區(qū)設(shè)計(jì)布局做具體說(shuō)明，其氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)布置見(jiàn)圖2，區(qū)域內(nèi)設(shè)備間安全距離、消防道路、罐區(qū)與周邊建筑的防火間距等均應(yīng)滿足表1的要求。

2.2消防噴淋

消防噴淋系統(tǒng)是氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)安全運(yùn)行的基本保證，必須放在安全生產(chǎn)的首位，消防噴淋系統(tǒng)應(yīng)廣泛覆蓋液氨儲(chǔ)罐區(qū)域、液氨蒸發(fā)緩沖區(qū)域及卸車區(qū)域，系統(tǒng)噴淋強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間等按照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范GB50084《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB50219《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。在氨區(qū)控制室，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(bào)警及控制信號(hào)既能在氨區(qū)控制室控制，也能在消防控制中心控制。當(dāng)氨區(qū)檢測(cè)到空氣中氨含量超限或者有火災(zāi)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即聲光報(bào)警，并連鎖啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)。另外，還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動(dòng)操作裝置。對(duì)于較大型的氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)，消防噴淋系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)設(shè)置，每區(qū)單獨(dú)設(shè)置雨淋閥組，控制更加靈活，同時(shí)也避免水資源浪費(fèi)。對(duì)于北方地區(qū)的企業(yè)，地上消防管道和位于凍土層內(nèi)的管道，均應(yīng)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(chǔ)運(yùn)區(qū)內(nèi)設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)，本系統(tǒng)兼有吸收泄漏到空氣中的氨氣的功能。防護(hù)區(qū)劃分：液氨儲(chǔ)罐縱向分為一個(gè)區(qū)，液氨蒸發(fā)及緩沖區(qū)為一個(gè)區(qū)，共兩個(gè)防護(hù)區(qū)。水噴霧系統(tǒng)啟動(dòng)控制分為自動(dòng)控制啟動(dòng)、手動(dòng)遠(yuǎn)控啟動(dòng)和應(yīng)急啟動(dòng)三種方式。滅火器配置：液氨蒸發(fā)區(qū)及罐區(qū)采用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器；在電控室設(shè)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(shè)置在室外時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的保護(hù)措施。本例的SCR液氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)消防平面布置見(jiàn)圖3，水噴霧消防系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

此外，液氨儲(chǔ)罐還應(yīng)設(shè)計(jì)夏季冷卻噴淋管路，在南方地區(qū)尤為重要，夏季高溫，液氨儲(chǔ)罐極易超溫超壓，引起安全閥動(dòng)作，導(dǎo)致氨氣濃度報(bào)警裝置報(bào)警，連鎖消防噴淋系統(tǒng)動(dòng)作。所以，對(duì)液氨儲(chǔ)罐應(yīng)配置冷卻降溫系統(tǒng)，使其與設(shè)置于液氨儲(chǔ)罐上的溫度變送器及壓力變送器連鎖，當(dāng)溫度或壓力超限，即引發(fā)聲光報(bào)警，連鎖啟動(dòng)噴水降溫電磁閥開(kāi)啟，對(duì)儲(chǔ)罐降溫冷卻。一般的報(bào)警溫度設(shè)置為40℃，報(bào)警壓力設(shè)置為1.45MPa，此外，還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動(dòng)操作裝置。
液氨稀釋槽中的排水及消防系統(tǒng)排水，嚴(yán)禁直接排放到廠區(qū)排水系統(tǒng)，應(yīng)全部排放至廢水收集池，經(jīng)處理合格后方可排入廠內(nèi)排水系統(tǒng)。

2.3 氮?dú)庵脫Q

氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)內(nèi)所有的容器及管道均應(yīng)設(shè)置氮?dú)庵脫Q接口，在設(shè)備首次投用前、設(shè)備檢修、設(shè)備倒班及卸車等過(guò)程中，必須采用氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)殘留的氨置換出來(lái)，保證人員及設(shè)備安全。氨區(qū)日常情況下應(yīng)儲(chǔ)備足夠量的氮?dú)馄拷M，放置在安全區(qū)域，并應(yīng)每周檢查瓶組壓力，發(fā)現(xiàn)壓力不足的應(yīng)及時(shí)更換。氮?dú)庵脫Q應(yīng)保證設(shè)備中氨氣與空氣混合物低于其爆炸極限，一般應(yīng)低于5%為合格。

2.4 連鎖報(bào)警

氨儲(chǔ)罐區(qū)及氨蒸發(fā)緩沖區(qū)均應(yīng)設(shè)置氨氣泄漏報(bào)警器，在控制室及電子設(shè)備間設(shè)置煙感探頭，其布置應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50116《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。報(bào)警裝置是消防安全系統(tǒng)至關(guān)重要的一環(huán)，玻璃企業(yè)應(yīng)采購(gòu)質(zhì)量好、精度高的知名企業(yè)產(chǎn)品，并應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。該系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)安全及消防部門批準(zhǔn)，并通過(guò)檢驗(yàn)驗(yàn)收合格。

氨氣泄漏檢測(cè)器應(yīng)設(shè)置在氨區(qū)遮陽(yáng)棚下方，按其監(jiān)測(cè)半徑設(shè)置點(diǎn)位。一般要求，當(dāng)空氣中氨氣濃度達(dá)到100×10-6時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，連鎖打開(kāi)消防噴淋系統(tǒng)。在本例中，為保證安全并及時(shí)發(fā)現(xiàn)氨泄漏，在氨區(qū)內(nèi)5個(gè)點(diǎn)設(shè)置了氨氣泄漏檢測(cè)器，其氨區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置見(jiàn)圖5。

3 氨逃逸的防范與監(jiān)測(cè)

來(lái)自氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)的氨氣，經(jīng)廠區(qū)管網(wǎng)輸配至氨氣稀釋裝置，與稀釋風(fēng)機(jī)送風(fēng)混合至一定濃度的氨氣后，經(jīng)煙道內(nèi)噴嘴噴入煙氣中，進(jìn)入混合裝置，與煙氣充分混合，隨即進(jìn)入催化反應(yīng)器，參加脫硝反應(yīng)。為了達(dá)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(yīng)。所以，系統(tǒng)總會(huì)有過(guò)量的氨氣沒(méi)有參加反應(yīng)而隨煙氣排出，這種現(xiàn)象稱之為氨逃逸。氨逃逸會(huì)引發(fā)諸多不利因素，會(huì)導(dǎo)致下游煙道及設(shè)備結(jié)垢堵塞，且極難清理，還會(huì)污染大氣，腐蝕下游設(shè)備等。當(dāng)催化劑的活性降低時(shí)，就需要噴入更多的氨氣參加反應(yīng)，導(dǎo)致氨逃逸量增加，應(yīng)通過(guò)檢測(cè)氨逃逸量大小，來(lái)判定催化劑的再生時(shí)間，及時(shí)更換新的催化反應(yīng)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(nèi)。

目前，對(duì)于氨逃逸率的檢測(cè)，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(cè)量出水溶液中的銨離子濃度，氨逃逸的實(shí)際值可通過(guò)此濃度換算求出。此方法不受煙道內(nèi)粉塵、溫度、壓力波動(dòng)的影響，準(zhǔn)確度較高。

4 結(jié)語(yǔ)

除了上述內(nèi)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(yīng)采取足夠的安全措施，保持足夠的安全間距，嚴(yán)禁煙火。尤其是氨管道，與其他管道共架敷設(shè)時(shí)要保證足夠的安全距離，氨系統(tǒng)的閥門及儀表等也應(yīng)采用氨專用產(chǎn)品。另外，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，當(dāng)玻璃企業(yè)采用氨分解制氫工藝時(shí)，氫站應(yīng)與SCR系統(tǒng)共用氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，可以節(jié)省占地面積，減少安全隱患。

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