陳美因(中國(guó)昆侖工程有限公司遼寧分公司 環(huán)境工程室，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

1 工程概況

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城市化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，特別是燃煤電廠鍋爐排放的大量硫氧化物和氮氧化物進(jìn)一步加劇了環(huán)境惡化。一方面，NO2在一定條件下可以與碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒饣瘜W(xué)煙霧，破壞大氣環(huán)境，嚴(yán)重危害人類健康，惡化人類賴以生存的環(huán)境；另一方面，硫氧化物和氮氧化物又是形成酸雨的主要因素。目前，世界各地都有大片酸雨地帶。我國(guó)酸雨帶的擴(kuò)張也異常迅速，嚴(yán)重的酸性降雨導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)遭受了嚴(yán)重?fù)p失。

火電廠煙氣脫硝的還原劑主要有液氨、尿素和氨水[1]。本文主要論述用液氨為還原劑進(jìn)行脫硝的技術(shù)路線，本項(xiàng)目為2臺(tái)410 t/h(8、9#)鍋爐對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝改造，分別建設(shè)2套煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)，并建設(shè)脫硫、脫硝公用設(shè)施，配套進(jìn)行低氮燃燒系統(tǒng)、省煤器、空預(yù)器及除塵系統(tǒng)改造。

項(xiàng)目建成后，2臺(tái)410 t/h(8、9#)鍋爐每臺(tái)爐處理煙氣量為467 870 Nm3/h，總處理煙氣量為935 740 Nm3/h，最大可處理煙氣量為1 122 888 Nm3/h；同時(shí)為保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)2臺(tái)鍋爐的點(diǎn)火系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行改造。鍋爐年利用小時(shí)數(shù)按6 000 h計(jì)。

熱電廠老機(jī)組煙氣經(jīng)脫硫脫硝改造處理后，保證SO2排放濃度小于100 mg/Nm3，NOx排放濃度小于100 mg/Nm3，煙塵排放濃度小于30 mg/Nm3，符合國(guó)家頒布的最新產(chǎn)業(yè)政策[2]。

(1)根據(jù)此工況每臺(tái)爐計(jì)算的最大脫硝還原劑液氨耗量如表1所示。

表1 脫硝還原劑液氨耗量表

(2)還原劑液氨品質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 536—88《液體無(wú)水氨》技術(shù)指標(biāo)的要求[3]，如表2所示。

表2 液氨物性表

(3)氨區(qū)部分公用工程物料消耗如表3所示。

表3 氨區(qū)公用工程物料消耗表

(4)液氨蒸發(fā)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述

氨區(qū)主要為液氨儲(chǔ)存、液氨蒸發(fā)、氨氣緩沖及輸送。經(jīng)管道輸送進(jìn)來的液氨，儲(chǔ)存在R201AB儲(chǔ)罐內(nèi)，經(jīng)液氨輸送泵P201AB送至蒸發(fā)器E201AB，液氨進(jìn)料與蒸發(fā)器管程出口液位、溫度、壓力聯(lián)鎖控制，當(dāng)蒸發(fā)器液位高報(bào)、壓力高報(bào)、溫度低報(bào)時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉液氨進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。殼程蒸汽進(jìn)料與殼程溫度聯(lián)鎖控制，當(dāng)溫度高于65 ℃時(shí)高報(bào)，聯(lián)鎖關(guān)閉蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。蒸發(fā)器殼程工業(yè)水來自界區(qū)，為液氨蒸發(fā)器提供水源[4]。當(dāng)殼程液位低報(bào)時(shí)關(guān)閉液氨進(jìn)料及蒸汽進(jìn)料開工業(yè)水補(bǔ)水。蒸發(fā)出的氨氣經(jīng)管道送至熱電廠8#、9#鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)。液氨蒸發(fā)區(qū)含氨、含污油的設(shè)備及管線的低點(diǎn)排凝通過密閉管道排入氨區(qū)內(nèi)新建廢水池，廢液經(jīng)廢水泵提升排至廢水排放口[5]。液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐或液氨儲(chǔ)罐的安全閥在緊急狀況下排放的氨氣排入放空總管匯合后，排至氨氣吸收罐，經(jīng)水吸收后，也排至氨區(qū)廢水池。

2 R201AB液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

液氨是一種無(wú)色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，具有腐蝕性且容易揮發(fā)，對(duì)人體有害，屬于職業(yè)病危害因素之一。對(duì)于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，需從以下幾個(gè)方面謹(jǐn)慎考慮[6]，確保裝置運(yùn)行安全和人員安全。

(1)液氨儲(chǔ)罐容積的確定。規(guī)范HJ 562—2010《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》中的6.3.2.8規(guī)定：液氨儲(chǔ)罐容量宜按照全廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下連續(xù)運(yùn)行3～5 d(每天按24 h計(jì))所需要的氨氣用量來設(shè)計(jì)[7]。按儲(chǔ)運(yùn)的規(guī)定是管輸3～5 d(每天按24 h計(jì))。根據(jù)廠具體情況暫按7 d計(jì)算。裝填系數(shù)取0.9，液氨密度取680 kg/m3。液氨消耗為：49.6×2=99.2 kg/h，最大操作彈性按120%計(jì)。儲(chǔ)罐容 積 為：49.6×2×120%×7×24/680×0.9=32.68 m3。設(shè)計(jì)?。害? 600×5 600，約34.7 m3。

(2)液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力的確定。液氨50 ℃飽和蒸汽壓20.06大氣壓(絕壓)。液氨40 ℃飽和蒸汽壓15.34大氣壓(絕壓)。儲(chǔ)罐操作溫度-14.3～40 ℃，設(shè)計(jì)溫度50 ℃。我國(guó)規(guī)定設(shè)計(jì)含液氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，要求不低于液氨50 ℃的飽和蒸氣壓力。所以根據(jù)設(shè)計(jì)溫度50 ℃，確定儲(chǔ)罐操作壓力為1.93 MPaG。設(shè)計(jì)壓力為1.93×1.1=2.12 MPaG，最后儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力取2.25 MPaG。為保證儲(chǔ)罐安全，必須設(shè)置安全閥，儲(chǔ)罐安全閥泄放壓力取2.3 MPaG。

(3)液氨儲(chǔ)罐高低液位報(bào)警的確定。儲(chǔ)罐液位儀表測(cè)量范圍是0～2 600 mm，根據(jù)液氨的危險(xiǎn)等級(jí)，儲(chǔ)罐在設(shè)置高液位的基礎(chǔ)上，增加高高液位報(bào)警[8]，確保裝置安全性和可靠性。①高高液位、高液位設(shè)計(jì)取值原則，用臥式容器液體體積計(jì)算軟件計(jì)算如下：90%儲(chǔ)存容積31.3 m3，液位高2 150 mm；85%儲(chǔ)存容積29.6 m3，液位高2 050 mm；80%儲(chǔ)存容積28.1 m3，液位高1 950 mm。設(shè)計(jì)高高液位為2 050 mm，高液位為1 950 mm。②低液位設(shè)計(jì)取值原則：液氨儲(chǔ)罐外輸泵流量為：0.3～0.5 m3/h，按SH/T 3007—2014第6.3.3條低液位報(bào)警的設(shè)定高度，應(yīng)滿足從報(bào)警開始10～15 min內(nèi)泵不會(huì)汽蝕的要求，即0.5 m3/h ×15/60 h =0.125 m3。用臥式容器液體體積計(jì)算軟件計(jì)算如下：容積為1.144 m3時(shí)，液位高200 mm；容積為0.287 m3時(shí)，液位高80 mm；容積為0.141 m3時(shí)，液位高50 mm。綜合考慮后設(shè)計(jì)低液位取200 mm。

(4)液氨液氨儲(chǔ)罐有防太陽(yáng)輻射裝置。四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當(dāng)儲(chǔ)罐罐體溫度過高時(shí)自動(dòng)淋水裝置啟動(dòng)，對(duì)罐體自動(dòng)噴淋減溫；當(dāng)有微量氨氣泄漏時(shí)也可啟動(dòng)自動(dòng)淋水裝置，對(duì)氨氣進(jìn)行吸收，控制氨氣污染[9]。①溫度高至35 ℃聯(lián)開，低于25 ℃聯(lián)關(guān)閉。②儲(chǔ)罐壓力高至2.4 MPaG聯(lián)開。③氨氣可燃?xì)怏w高報(bào)啟動(dòng)噴淋。在實(shí)際生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)合適。

3 P201液氨輸送泵的設(shè)計(jì)

P201泵 的 流 量：0.3～0.5 m3/h，揚(yáng) 程：67 m，功 率：3.7 kW。平時(shí)溫度高，液氨儲(chǔ)罐內(nèi)壓力足夠，液氨可以進(jìn)入液氨蒸發(fā)器內(nèi)。該項(xiàng)目地點(diǎn)為東北，冬天溫度低時(shí)，液氨儲(chǔ)罐內(nèi)壓力不夠，需要泵將液氨輸送到液氨蒸發(fā)器內(nèi)，在實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)計(jì)合適。

4 E201液氨蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

E201蒸發(fā)器的φ1 100×1 460 mm，氨盤管面積：約5 m2，流量(管程)：237 kg/h。脫硝需要?dú)獍?，需要通過蒸發(fā)器將液氨蒸發(fā)為氣氨，蒸發(fā)量按250 kg/ h考慮，整臺(tái)需設(shè)備外購(gòu)[10]。

實(shí)際生產(chǎn)存在殼程中的水經(jīng)常蒸干的問題，后經(jīng)檢查為殼程溫度計(jì)存在問題。

5 氨氣緩沖罐的設(shè)計(jì)

氨 氣 緩 沖 罐 的 容 積：5.1 m3，φ1 400×2 800。緩沖時(shí)間按1 min考慮，將流量173 kg/h轉(zhuǎn)換為2.99 kg/min，氨氣密度為0.608 kg/m3，根據(jù)密度公式得出需要的有效容積為4.7 m3。所以選容積：5.1 m3，φ1 400×2 800，實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求。

6 氨氣吸收罐的設(shè)計(jì)

氨氣吸收罐的容積：7.6 m3，φ2 200×2 000。液氨蒸發(fā)系統(tǒng)、壓力容器及部分可引起超壓的液氨管線設(shè)有安全閥，以防壓力超高。安全閥泄放的氣體不可以直接排放入大氣中，以免對(duì)操作人員造成危險(xiǎn)、造成環(huán)境污染。安全閥排放的氨氣排入氨氣稀釋罐中，經(jīng)水的吸收排入廢水池，避免二次污染[11-13]。(1)根據(jù)氨水在不同溫度下的飽和濃度，推算氨氣吸收罐的尺寸、液位高度。30 ℃常壓氨水的飽和濃度28%(389 g氨/1 kg水)；50 ℃常壓氨水的飽和濃度19%(240 g氨/1 kg水)；60 ℃常壓氨水的飽和濃度16%(190 g氨/1 kg水)。R201泄放量7 537 kg/h，10 min為泄放量1 256 kg。氨氣吸收罐液位按1.6 m計(jì)，正常液位按1 m計(jì)，所儲(chǔ)水量為1.6×1.12 ×3.14 ×1 000=6 079 kg。因此10 min氨 氣 濃 度 為：256/(1 256+6 079)×100/100=17.1%。(2)氨氣吸收罐伴熱面積的計(jì)算。罐內(nèi)常留液體量：3.14/4×2.22 ×1.1 ×1 000=4 178 kg；常留液體 吸 收 熱 量：Q吸=CMΔT=4 178×4.2(水 的 比熱)×10(溫差)=175 476 kJ/h；罐外伴熱蒸汽性質(zhì)：1.0 MPa，飽和溫度180 ℃，過熱溫度280～320 ℃，K=490 kcal/(m2·h· ℃)=2 051.5 kJ /(m2·h·℃)；伴熱管面積：S=Q /KΔTm=175 476/2 051.5×140=0.61 m2；設(shè)計(jì)取伴管面積1 m2。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于氨氣吸收罐內(nèi)水正常不流動(dòng)，伴管面積1 m2偏大，罐內(nèi)水溫高，蒸發(fā)流失，現(xiàn)場(chǎng)改為0.03 m2，僅繞罐體外盤1圈DN15伴熱管，且伴管與罐體之間加隔熱墊。

7 氨區(qū)布置

氨區(qū)有2臺(tái)液氨儲(chǔ)罐R201AB，2臺(tái)液氨輸送泵P201AB、2臺(tái)液氨蒸發(fā)器E201AB、1臺(tái)氨氣緩沖罐、1臺(tái)氨氣吸收罐、1臺(tái)儀表風(fēng)緩沖罐。在氨吸收罐及液氨蒸發(fā)系統(tǒng)之間設(shè)有管廊，液氨、氨氣、公用工程等管線通過管廊與界區(qū)管排相連。液氨蒸發(fā)系統(tǒng)布置特點(diǎn)如下：(1)需滿足GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的要求，在單個(gè)裝置內(nèi)氣氨系統(tǒng)距離控制室、機(jī)柜間、變配電所、化驗(yàn)室、辦公室需有9 m的防火間距，距離明火設(shè)備要有9 m的防火間距，距離甲類可燃?xì)怏w壓縮機(jī)或壓縮機(jī)房要有7.5 m的防火間距[14-15]。設(shè)備布置采用半敞開式結(jié)構(gòu)形式，充分利用自然條件，防止氨氣積聚。按照防火、防爆規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。(2)液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有多個(gè)氨氣檢測(cè)器，以檢測(cè)氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當(dāng)檢測(cè)器測(cè)得大氣中氨濃度過高時(shí)，在機(jī)組控制室會(huì)發(fā)出警報(bào)，操作人員可采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生[16]。(3)氨區(qū)儲(chǔ)罐附近設(shè)置熒光風(fēng)向標(biāo)及風(fēng)速、環(huán)境溫度測(cè)量設(shè)施。(4)氨區(qū)儲(chǔ)罐附近設(shè)置靜電消除器及紅外對(duì)射安防系統(tǒng)。(5)液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性為乙A類。(6)為了防止液氨儲(chǔ)罐區(qū)泄漏后散流、污染地下水環(huán)境，在儲(chǔ)罐四周設(shè)置高度為0.6 m的鋼筋混凝土防火堤，在液氨蒸發(fā)裝置區(qū)四周設(shè)置高度為0.2 m的鋼筋混凝土圍堰。

8 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目為改造環(huán)保項(xiàng)目，受現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地及本身裝置運(yùn)行狀態(tài)的制約很大。作為環(huán)保項(xiàng)目，更需要注意在處理目前污染物的時(shí)候，確保項(xiàng)目不產(chǎn)生新的污染。對(duì)于液氨這種危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮正常運(yùn)行狀態(tài)、物料的運(yùn)輸，更應(yīng)考慮在事故狀態(tài)下緊急排放和廢棄物料的處理，保證現(xiàn)場(chǎng)人員的安全和環(huán)境不受污染。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采用通用的化工知識(shí)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)平時(shí)工程經(jīng)驗(yàn)大膽創(chuàng)新，結(jié)合具體工程的占地、人力、公用工程等資源的實(shí)際情況，反復(fù)研討，最終完成。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間為2014年1月10日至2014年9月。項(xiàng)目竣工時(shí)間為2014年12月18日，項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)間為2016年12月5日。工程運(yùn)行至今安全平穩(wěn)，此經(jīng)驗(yàn)可在同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)中放心采用。