張紅春 劉濤 王一民

摘 ?要：針對(duì)瀝青拌合站存在的氮氧化物（NOX）排放問題，開發(fā)了基于SNCR法的瀝青攪拌站除硝系統(tǒng)。對(duì)瀝青拌合站除硝系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維實(shí)體建模，采用增量型PID算法，以出口NOX濃度的設(shè)定值與實(shí)際值的偏差對(duì)所需的噴氨量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)。由現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)可知，該脫硝裝置的NOX排放濃度符合規(guī)定要求。

關(guān)鍵詞：NOX;三維建模;SNCR法;脫銷裝置;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U415.522 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0095-03

Abstract： A denitrifying device for asphalt mixing station based on SNCR was developed to solve the nitrogen oxide（NOX） emission problem in asphalt mixing station. After analyzing the process flow of the SNCR method， the required amount of ammonia injection is automatically adjusted by the deviation between the set value of the export NOX concentration and the actual value. With PLC as the control core， the incremental PID algorithm is used to carry out the control system design， and the monitoring interface was also designed. Field experiments showed that the control system of the denitrifying device could meet the control requirements and NOX emission concentration meets the requirements.

Keywords： NOX; Mixing station; SNCR method; deselling devices; control system

1 概述

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，能源資源消耗持續(xù)增加，大氣污染防治壓力加大，大氣中氮氧化合物的排放成為我國環(huán)境污染問題的主要源頭。目前瀝青拌和站普遍存在的環(huán)境污染方面的問題為：揚(yáng)塵（顆粒物）問題，燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害氣體排放問題，瀝青加熱和攪拌過程中產(chǎn)生的瀝青煙氣等，這些問題如果不及時(shí)解決必定會(huì)對(duì)公路行業(yè)瀝青攪拌站的穩(wěn)定發(fā)展和綠色發(fā)展造成很大阻礙[1-2]。

關(guān)于氮氧化物（NOX）排放控制自2015年就開始研究并進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，通過分析，結(jié)合瀝青拌和樓生產(chǎn)工藝流程以及所使用燃料的實(shí)際情況選擇噴氨法脫硝（SNCR脫硝），目前已經(jīng)初步掌握了控制其排放的技術(shù)原理，經(jīng)檢測符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)[3-5]?；谝陨涎芯浚赟NCR法，進(jìn)行了瀝青拌合站除硝系統(tǒng)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)其控制。

2 脫硝系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于NOX污染物主要由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成并且燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時(shí)就會(huì)生成燃料型，它在煤粉燃燒NOX產(chǎn)物中占60-80%，在生成燃料型NOX過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物熱裂解產(chǎn)生N、CN、HCN等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOX。由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個(gè)階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化揮發(fā)和焦炭中剩余氮的氧化焦炭兩部分組成，揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。所以，降低NOX污染物，必須從燃燒器著手。脫硝系統(tǒng)包括幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)：給粉系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)等。脫硝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

脫硝系統(tǒng)由NOX氣體變頻器13、數(shù)據(jù)處理器6、尿素噴射泵2、尿素儲(chǔ)存罐1、尿素噴射泵變頻控制器5和尿素噴嘴3組成，尿素噴嘴3通向?yàn)r青拌和站的燃燒器的燃燒室內(nèi)，尿素儲(chǔ)存罐1的出口與尿素噴射泵2的進(jìn)口連通。

由于氨只和煙氣反應(yīng)，而一般不和氧反應(yīng)，這種方法亦稱選擇性非催化劑吸收（SNCR）法。但不用催化劑，氨還原NO僅在950-1050℃這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)行，故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在燃燒室對(duì)應(yīng)位置。采用爐膛噴射脫硝，噴射點(diǎn)必須在950-1050℃之間。噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行、使用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件。

通過分析，結(jié)合瀝青拌和站生產(chǎn)工藝流程以及所使用燃料的實(shí)際情況選擇噴氨法脫硝（SNCR脫硝）（圖3）。

瀝青拌合站工作中燃燒室排放出的尾氣經(jīng)干燥滾筒及除塵器，到達(dá)煙道，并經(jīng)由煙道排出。在煙道內(nèi)安裝有NOX氣體變送器，對(duì)NOX的排放量進(jìn)行檢測。此外，煙道內(nèi)還有CO2氣體變送器、管道式風(fēng)速儀、尾氣溫度傳感器等，可實(shí)現(xiàn)其他尾氣及溫度、速度等的檢測，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。排放閉環(huán)控制流程及檢測點(diǎn)布置結(jié)構(gòu)框架如圖4所示。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用串級(jí)控制系統(tǒng)以提高工藝參數(shù)的精確度。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)出口NOX濃度的設(shè)定值與實(shí)際值NOX濃度的偏差對(duì)所需的噴氨量進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)預(yù)設(shè)值與其實(shí)際工程值的偏差的大小控制調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)噴射泵的流量，改變進(jìn)入燃燒室的氨水量。選用三菱的FX3U-32MR型號(hào)的PLC來實(shí)現(xiàn)NOX實(shí)際濃度值達(dá)到設(shè)定要求，采用PLC的特殊功能模塊的模擬輸出來控制變頻器的頻率[6-8]。

脫硝裝置的控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)主要包括PLC中按鈕開關(guān)、接觸器、報(bào)警器、變頻器等元件的信號(hào)分配。

為了方便進(jìn)行脫硝裝置控制，進(jìn)行了觸摸屏的界面設(shè)計(jì)，觸摸屏為ProFace GC4501W，主要包含控制系統(tǒng)的系統(tǒng)啟動(dòng)、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)調(diào)節(jié)、加液、減液等，并實(shí)時(shí)顯示變頻器的頻率、液位、排放尾氣各種氣體的排放量，做好監(jiān)控。PLC控制系統(tǒng)如圖5所示。

4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試

除硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了仿真調(diào)試，并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)調(diào)試，現(xiàn)場圖如圖6所示。一般情況下，瀝青拌和站加熱系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生NOX氣體，其排放量大約為284mg/m3（采用燃料不同其排放量會(huì)有所差異）。應(yīng)用本監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行脫硝實(shí)驗(yàn)，檢測結(jié)果顯示NOX氣體排放濃度降低到了100mg/m3以下，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

針對(duì)瀝青拌和站氮氧化物（NOX）排放造成的對(duì)環(huán)境的污染，選擇非催化劑吸收（SNCR）法進(jìn)行脫硝。在分析了脫硝裝置的工藝流程后，進(jìn)行了除硝系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)可知，該脫硝系統(tǒng)能夠滿足控制要求，NOX排放濃度符合規(guī)定要求。

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