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。空氣中NO2的含量在3.5×10-8（體積分?jǐn)?shù)）持續(xù)1h,就開始對人體有影響；含量為（20?50）×10-8時，對人眼有剌激作用；當(dāng)含量達(dá)到150×10-8時，對人體器官產(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)開放、功能強(qiáng)大、維護(hù)簡單等眾多優(yōu)點，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，更好的滿足國家對氣體排放的要求。

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，它們通過以下反應(yīng)轉(zhuǎn)化成水和氮氣。

4NO+4NH₃+ O₂->4N₂+6 H₂O

4NH3+2NO2+O2->3N₂+6H₂O

NO₂+NO+2NH₃->2N₂ +3 H₂O

NO_X的轉(zhuǎn)化率由如下公式表示：

η_Nox —— 脫硝效率%

NO_xin —— 反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度

NO_xout —— 反應(yīng)器出口NOx濃度

3、工藝簡介：

脫銷裝置主要由兩個系統(tǒng)組成，一個是SCR系統(tǒng)，另一個是還原劑供應(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)入一個垂直布置的SCR反應(yīng)器里，在反應(yīng)器里煙氣向下流過均流器、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氨/空氣混合器混合后經(jīng)過噴氨格柵注入反應(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。噴氨檢測裝置為每個反應(yīng)器一套，主要有1個噴氨流量控制閥和1個噴氨關(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TiO2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)計層加1層催化劑預(yù)留層，每層設(shè)置3臺吹灰器。

耙式吹灰器裝在每個催化劑層的上方，采用過熱蒸汽吹灰，吹掉催化劑上的積灰。吹灰器的啟動根據(jù)反應(yīng)器催化劑層的阻力由脫銷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)：

液氨用罐車運(yùn)到現(xiàn)場，通過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)壓縮后將槽車的液氨推擠入液氨貯罐中。氨罐設(shè)計有防太陽輻射措施，四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當(dāng)貯罐罐體溫度過高時自動淋水裝置啟動，對罐體自動噴淋減溫；當(dāng)有微量氨氣泄露時也可啟動自動淋水裝置，對氨氣進(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量裝置，并將測量信號反饋到控制系統(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)被加熱的液氨超過最高液位時，系統(tǒng)報警并切斷液氨進(jìn)料。蒸發(fā)器裝有通風(fēng)閥。液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當(dāng)檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在機(jī)組控制室會發(fā)出警報，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、制備、供應(yīng)系統(tǒng)則作為公用DCS系統(tǒng)的一個遠(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之間通過冗余的光纖通訊連接。運(yùn)行人員直接通過集控室中單元機(jī)組DCS操作員站完成對脫硝系統(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上實現(xiàn)。

脫銷控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩部分功能，一部分為氨系統(tǒng)的控制，由公用DCS中的一對用于氨制備區(qū)的CP負(fù)責(zé)實現(xiàn)，這部分主要實現(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。另一部分為反應(yīng)器區(qū)的控制，由SCR_DCS負(fù)責(zé)，每臺爐兩個反應(yīng)器設(shè)一對CP,由這部分主要實現(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儀以探測空氣中的氨系統(tǒng)所泄漏的氨。若檢測儀控測到游離氨，將發(fā)送DI信號給DCS系統(tǒng)并觸發(fā)聲光報警并自動打開貯罐水噴淋系統(tǒng)。氨濃度為超高位報警時，DCS將關(guān)閉整個氨系統(tǒng)，停止貯罐向蒸發(fā)器供應(yīng)液氨。

系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)安裝在貯罐上的測溫?zé)犭娮铏z測到貯罐溫度達(dá)到38℃時，DCS將自動打開貯罐水噴淋系統(tǒng)，打開水噴淋關(guān)斷閥以冷卻貯罐，當(dāng)DCS監(jiān)視到貯罐溫度降到35℃時，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，DCS終端屏上將顯示報警。當(dāng)安裝在貯罐上的壓力變送器檢測到貯罐壓力達(dá)到1.8MPa時，DCS終端屏上將顯示報警，貯罐壓力達(dá)到2MPa時，DCS終端屏上將顯示報警，操作人員應(yīng)打開貯罐水噴淋系統(tǒng)，打開水噴淋關(guān)斷閥以冷卻貯罐，降低貯罐壓力。

蒸發(fā)器配有檢測熱媒（乙二醇水溶液）液位計，當(dāng)液位低于300mm(頂部為0液位)時，DCS控制終端屏上將報警，并自動關(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，DCS控制終端屏上將報警,需要操作人員手動處理，排出多余的熱媒溶液。每個蒸發(fā)器出口裝有液氨液位計，當(dāng)液位低于50mm時，DCS控制終端屏上將報警；當(dāng)液位高于500mm時，DCS控制終端屏上將報警，并自動關(guān)閉蒸發(fā)器。蒸發(fā)器配有檢測熱媒（乙二醇水溶液）熱電阻用于溫度的控制，DCS通過PID調(diào)節(jié)自動控制熱媒溫度為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，DCS控制終端屏上將報警，并自動關(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 控制終端屏上將報警。每個蒸發(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)有壓力開關(guān)，當(dāng)檢測到壓力分別低于低位（0.09MPaG）、或高于高位（0.12MPaG），DCS控制終端屏上將報警，并自動關(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)域安裝有兩個氨泄漏檢測儀以探測空氣中的氨系統(tǒng)所泄漏的氨。若檢測儀控測到游離氨，氨濃度為高位（25ppmv）時，將發(fā)送DI信號給DCS系統(tǒng)并觸發(fā)聲光報警并可自動打開貯罐水噴淋系統(tǒng)，打開水噴淋關(guān)斷閥。氨濃度為超高位（35ppmv）報警時，DCS將關(guān)閉所在蒸發(fā)器，停止向SCR供應(yīng)氨蒸汽和關(guān)閉整個氨系統(tǒng)，關(guān)閉貯罐出口閥門。

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，控制室DCS HMI顯示屏發(fā)出警報，達(dá)到10％時，DCS 自動關(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檢測到的空氣流量低于設(shè)定的低值，DCS終端控制屏上報警，三分種后啟動備用風(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，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8％就報警，如果氨的濃度超過10％，則關(guān)閉氨供應(yīng)閥門，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、熱電阻、壓力變送器檢測，這些數(shù)據(jù)由AI信號輸入DCS。壓力變送器測得的壓力低于70KPaG時，在DCS HMI終端的脫硝供氨公用系統(tǒng)屏上產(chǎn)生氨低壓報警，提醒操作人員供氨壓力過低，DCS亦通過計算模塊對流量計測得的流量提供壓力補(bǔ)償。熱電阻測得的溫度低于-10℃時，在DCS HMI終端的脫硝供氨公用系統(tǒng)屏上產(chǎn)生氨低溫報警，提醒操作人員需要啟動液氨泵，DCS亦通過計算模塊對流量計測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)計為不超過5％。氨氣流量由閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，流量計測得的流量經(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檢測值和設(shè)定值間的差值計算需要增加的氣氨流量，再加上流量計測得的流量與稀釋空氣流量比較和計算氨的濃度，確保沒有超過準(zhǔn)許最大氨的濃度設(shè)計值。

如果比較結(jié)果合格，PI控制器計算閥門控制變量并控制流量調(diào)節(jié)閥的開度。

出現(xiàn)以下條件，氨流量關(guān)斷閥將自動聯(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10％的時間達(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5秒鐘

SCR 反應(yīng)器入口擋板未開啟。

氨系統(tǒng)未準(zhǔn)備好供應(yīng)氣態(tài)氨。

任何氨系統(tǒng)事故報警發(fā)生。

如果氨流量關(guān)斷閥自動聯(lián)鎖關(guān)閉，DCS將關(guān)閉信號傳給氨流量開斷閥，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)置必要測點用于SCR反應(yīng)的監(jiān)測和控制，主要如下：

SCR入口NOX：每個反應(yīng)器入口煙道設(shè)置一個NOX測點，用于監(jiān)測SCR入口NOX濃度。

反應(yīng)器入口溫度：每個反應(yīng)器入口煙道設(shè)有溫度測點，用于監(jiān)測SCR入口溫?zé)煔鉁囟取?/span>

反應(yīng)器出口溫度：每個反應(yīng)器出口煙道設(shè)有溫度測點，用于監(jiān)測SCR出口溫?zé)煔鉁囟取?/span>

SCR出口NOX：每個反應(yīng)器出口煙道設(shè)置一個NOX測點，用于監(jiān)測SCR出口NOX濃度。

反應(yīng)器進(jìn)出口（催化劑）差壓：每個反應(yīng)器安裝有催化劑進(jìn)出口的差壓計。

反應(yīng)器出口O2濃度：每個反應(yīng)器出口設(shè)置一個O2測點以測量煙氣中的O2濃度，用于NOX測量值的修正。

當(dāng)SCR入口煙氣溫度大于400℃或小于315℃時，DCS將在終端屏發(fā)出警報信息；當(dāng)入口煙氣溫度大于430℃或小于310℃時，DCS將在終端屏發(fā)出警報信息的同時，自動關(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15分鐘的時間，DCS將在終端屏發(fā)出警報信息；當(dāng)NOX濃度< 100 ppm超過30秒，DCS將在終端屏發(fā)出警報信息的同時，自動關(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)出警報信息，提醒操作員催化劑需要及時吹灰。每臺機(jī)組兩個反應(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入口控制閥用于控制蒸汽壓力。每臺機(jī)組SCR吹灰系統(tǒng)有一個用于低壓報警的壓力開關(guān)和一個用于高壓報警的壓力開關(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)行的吹灰器停車和縮回；每臺機(jī)組SCR包括一個溫度計和一個溫度傳感器用于監(jiān)視到吹灰器的蒸汽溫度，低溫條件將導(dǎo)致當(dāng)前運(yùn)行的吹灰器停車和縮回；脫硝吹灰系統(tǒng)由SCR DCS直接進(jìn)行控制?？刂剖也僮鲉T可以通過DCS 的脫硝輔助系。統(tǒng)控制屏啟動和停止吹灰系統(tǒng)或由DCS自動控制吹灰器的啟停。每天對脫硝催化劑進(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)鎖自動啟動吹灰器進(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，對現(xiàn)場儀表進(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)過程穩(wěn)定易控。

中威環(huán)保（鄭州中威環(huán)保設(shè)備有限公司 、鄭州德斯特自動化設(shè)備有限公司）承接國內(nèi)外：大型工業(yè)窯爐 、窯爐自動化控制工程系統(tǒng) 、脫硫脫硝設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)“總包”工程。