摘要：介紹了焦?fàn)t煙氣脫硝系統(tǒng)中智能渦街流量計的工藝、設(shè)備及控制，指出焦?fàn)t煙氣脫硝運(yùn)行中存在的問題，及時調(diào)整控制指標(biāo)，保證了智能渦街流量計穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)了焦?fàn)t煙氣超低排放。焦化行業(yè)對氮氧化物等污染物排放要求日趨嚴(yán)格，焦?fàn)t煙氣脫硝系統(tǒng)中采用的智能渦街流量計操作復(fù)雜，運(yùn)行穩(wěn)定性差。對智能渦街流量計、設(shè)備選型、管線布置、DCS自動化控制等多方面進(jìn)行優(yōu)化，通過1年多的調(diào)試，該智能渦街流量計運(yùn)行穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)，處理后的煙氣可以達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 智能渦街流量計系統(tǒng)的組成
1．1氨區(qū)系統(tǒng)
氨區(qū)設(shè)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?fàn)t連續(xù)運(yùn)行5天。氨水貯罐采用常壓設(shè)計、立式平底結(jié)構(gòu)，貯罐ding部設(shè)置帶阻火器的呼吸閥及安裝有磁翻板液位計，并設(shè)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(jiān)測管理，氨水貯罐除了設(shè)置現(xiàn)場液位計以外，還設(shè)置了遠(yuǎn)傳雷達(dá)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(nèi)浮ding式設(shè)計，當(dāng)充裝氨水時，內(nèi)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(fā)面積，降低氨水的蒸發(fā)量。為了防止貯罐內(nèi)吸入空氣，還在氨水ding部通入氮?dú)?，裝置運(yùn)行時內(nèi)浮ding上部空間為氮?dú)猸h(huán)境，消除了產(chǎn)生爆炸性混合氣體的條件。氨水泵向智能渦街流量計器輸送氨水，泵的出口壓力為0．60MPa，根據(jù)脫硝后煙氣中氮氧化物的含量，由入口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行氨水流量調(diào)節(jié)。
1．2氨水預(yù)熱器
氨水預(yù)熱器采用固定管板的管殼式換熱器。氨水預(yù)熱器的作用是利用智能渦街流量計器產(chǎn)生的蒸汽凝液將氨水進(jìn)行初次預(yù)熱，一方面節(jié)約智能渦街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(bǔ)水的過程中減少氣態(tài)損失。
1．3智能渦街流量計器
智能渦街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。智能渦街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(jìn)入智能渦街流量計器，被蒸汽加熱部分氣化后進(jìn)入氨水緩沖罐中進(jìn)行氣液分離。智能渦街流量計器采用0．8MPa低壓過熱蒸汽加熱，加熱后的蒸汽變?yōu)檎羝Y(jié)水，靠液位差進(jìn)入凝液緩沖罐。加熱蒸汽的流量根據(jù)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(jìn)行氣液分離，二是作為氣體緩沖。從智能渦街流量計器來的氨水為氣液兩相，緩沖罐分離出來的氣相進(jìn)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(huán)至智能渦街流量計器。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(dá)到氨氣過熱的目的。氨氣緩沖罐上裝有液位控制系統(tǒng)，通過控制加熱蒸汽的流量使緩沖罐內(nèi)液位穩(wěn)定。當(dāng)氨水的蒸發(fā)壓力一定，氨水緩沖罐的液位不變時，進(jìn)入的氨水質(zhì)量等于蒸發(fā)出的氨氣質(zhì)量。為了防止氨氣在輸送管道上冷凝，智能渦街流量計在0．1MPa壓力下進(jìn)行，此時蒸發(fā)溫度為119℃。當(dāng)氨氣通過罐ding壓力控制閥減壓后，氨氣為過熱狀態(tài)，在采取保溫和伴熱措施后保證不會發(fā)生冷凝。氨水緩沖罐為壓力容器，上部裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力過高。
1．5凝液緩沖罐
凝液緩沖罐的作用是收集智能渦街流量計器中的蒸汽凝結(jié)水。蒸汽凝結(jié)水靠位差從智能渦街流量計器中自流至凝液緩沖罐，通過調(diào)節(jié)閥控制凝液緩沖罐的液位，以保證只排出凝結(jié)水而不損失蒸汽。凝液緩沖罐排出的蒸汽凝結(jié)水再進(jìn)入氨水預(yù)熱器進(jìn)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(shè)備壓力過高。由于排放介質(zhì)是低壓蒸汽，可以在安全的地方直接排放。智能渦街流量計流程如圖1所示。

2 智能渦街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(diào)節(jié)氨水預(yù)熱器入口閥門開度，使氨水流量達(dá)到設(shè)計值，并根據(jù)氮氧化物排放量和氨逃逸量調(diào)節(jié)氨水流量。當(dāng)?shù)趸锱欧帕亢桶碧右萘窟_(dá)到工藝要求時，以此值作為氨水流量計的設(shè)定值，將氨水流量投入自動控制。此時氨水流量計根據(jù)設(shè)定值發(fā)出控制信號，調(diào)整開度，使氨水流量穩(wěn)定在設(shè)定值。當(dāng)自動控制穩(wěn)定后，可以將氮氧化物排放值作為變量參加控制，實現(xiàn)串級調(diào)節(jié)。根據(jù)氮氧化物在線檢測儀檢測到的氮氧化物排放濃度，手動調(diào)整氨水流量設(shè)定值，控制煙氣中**x含量小于100mg/m3。當(dāng)**x排放量穩(wěn)定后，將AICA－3005投入串級控制。投入串級調(diào)節(jié)后，當(dāng)?shù)趸餀z測儀檢測到排放的氮氧化物濃度與設(shè)定值發(fā)生偏差時，會發(fā)出一個修正信號，自動修改氨水流量計的設(shè)定值。氨水流量的設(shè)定值被修改后，控制系統(tǒng)會自動修正入口調(diào)節(jié)閥開度，使氨水的流量根據(jù)氮氧化物的排放量而變化。同時結(jié)合焦?fàn)t煙氣脫硝工藝，把交換機(jī)換向報警信號取到DCS進(jìn)行邏輯控制，交換機(jī)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(biāo)控制在5mg/L以下。
2．2氨水緩沖罐的液位控制
在氨水進(jìn)料量、智能渦街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(guān)。通過調(diào)節(jié)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(jìn)料量等于智能渦街流量計量。正常工況下，氨氣緩沖罐液位控制在測量儀表的68%量程，當(dāng)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(shè)定值產(chǎn)生了偏差，發(fā)出信號使加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥開大或關(guān)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(wěn)定。
2．3氨水緩沖罐的壓力控制
氨水在20kPa壓力下的蒸發(fā)溫度為118℃，此溫度為飽和溫度，當(dāng)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(fā)(此時氨水的蒸發(fā)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(yuǎn)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(shè)定在20kPa，當(dāng)壓力升高或降低時，調(diào)節(jié)閥動作，使氨水緩沖罐的壓力保持在20kPa。
2．4氨水預(yù)熱器入口調(diào)節(jié)閥門的安全連鎖
為了保證脫硝裝置的安全生產(chǎn)和脫硝催化劑的使用壽命，設(shè)置了氨水入口流量調(diào)節(jié)閥4種故障狀態(tài)的安全連鎖。
(1)I－103連鎖:當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生故障停止運(yùn)行時觸發(fā)I－103連鎖，連鎖動作是關(guān)閉氨水入口流量調(diào)節(jié)閥。這是為了防止氨空混合器中氨氣的濃度太高，達(dá)到爆炸*限而采取的緊急安全切斷措施。
(2)I－102連鎖:當(dāng)引風(fēng)機(jī)發(fā)生故障停止運(yùn)行時觸發(fā)I－102連鎖，連鎖動作是關(guān)閉入口調(diào)節(jié)閥，旁通閘板閥全開。因為當(dāng)引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時，煙氣改走原煙道，脫硝反應(yīng)器停止工作，裝置不需要噴氨。
(3)I－101連鎖:當(dāng)脫硝反應(yīng)器入口煙氣溫度處于低低位時觸發(fā)I－101連鎖，連鎖動作是關(guān)閉氨水入口調(diào)節(jié)閥。這是為了防止低溫下氨氣與氮氧化物反應(yīng)形成硝酸鹽，硝酸鹽不但會堵塞催化劑，而且會發(fā)生爆炸，發(fā)生安全事故。
(4)I－503連鎖:當(dāng)氨水緩沖罐液位處于高高位時，觸發(fā)I－503連鎖，連鎖動作是關(guān)閉氨水入口調(diào)節(jié)閥。這是為了防止氨水緩沖罐液位過高使液體進(jìn)入氨氣煙氣混合器及脫硝反應(yīng)器，淋濕催化劑，導(dǎo)致催化劑失效或壽命降低。
3 智能渦街流量計系統(tǒng)存在的問題及處理
氨水由預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)，含有氨氣與水的混合氣進(jìn)入到氨水緩沖罐進(jìn)行氣液分離，再經(jīng)氨水緩沖罐ding部調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)控制流量、壓力后送到氨氣煙氣混合器中，與風(fēng)機(jī)送來的160℃的煙氣混合后經(jīng)噴氨格柵噴入到脫硝反應(yīng)器的進(jìn)口管道中，再經(jīng)過氣流分布器進(jìn)行煙氣均勻分布，好后進(jìn)入脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝。智能渦街流量計系統(tǒng)運(yùn)行3個月后氨水預(yù)熱器、智能渦街流量計器、氨水緩沖罐等多處位置出現(xiàn)了不同程度的結(jié)晶和堵塞。
現(xiàn)場取樣后經(jīng)過化驗室分析發(fā)現(xiàn)，氨水結(jié)晶體主要成分為硫化物和氯化物。經(jīng)過多方了解與查詢，目前市場供應(yīng)的氨水有合成氨水和副產(chǎn)氨水2種。副產(chǎn)氨水含有多種雜質(zhì)，化學(xué)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(jī)烴類會使催化劑中毒。根據(jù)合成氨水生產(chǎn)實際情況，參照工業(yè)液氨、去離子軟化水的**標(biāo)準(zhǔn)，制定脫硝用氨水檢驗控制標(biāo)準(zhǔn)，見表1。焦?fàn)t煙氣脫硝工藝運(yùn)行1年多，智能渦街流量計系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)結(jié)晶、堵塞等生產(chǎn)事故，脫硝裝置運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語
焦?fàn)t煙氣脫硝系統(tǒng)中的智能渦街流量計采用氨水預(yù)熱、智能渦街流量計、氨水氣液緩沖分離及蒸汽冷凝液緩沖排放等設(shè)計，同時配套DCS自動控制系統(tǒng)作保障，提高了煙氣脫硝系統(tǒng)的安全性與控制精度，保證脫硝系統(tǒng)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(yùn)行穩(wěn)定，智能渦街流量計控制系統(tǒng)在焦?fàn)t煙氣脫硝中取得成功應(yīng)用。