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SCR脫硝系統(tǒng)中采用的氨水蒸發(fā)工藝操作復(fù)雜，運行穩(wěn)定性差。對氨水蒸發(fā)工藝、設(shè)備選型、管線布置、DCS 自動化控制等多方面進行優(yōu)化，通過 1 年多的調(diào)試，該氨水蒸發(fā)工藝運行穩(wěn)定，控制精準(zhǔn)，處理后的煙氣可以達到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 氨水蒸發(fā)系統(tǒng)的組成

　　1. 1 氨區(qū)系統(tǒng)

　　氨區(qū)設(shè)置 2 個 100 m3 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)運行 5 天。氨水貯罐采用常壓設(shè)計、立式平底結(jié)構(gòu)，貯罐頂部設(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)置了遠傳雷達液位計，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)浮頂式設(shè)計，當(dāng)充裝氨水時，內(nèi)浮頂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，還在氨水頂部通入氮氣，裝置運行時內(nèi)浮頂上部空間為氮氣環(huán)境，消除了產(chǎn)生爆炸性混合氣體的條件。氨水泵向氨水蒸發(fā)器輸送氨水，泵的出口壓力為 0. 60 MPa，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)熱器的作用是利用氨水蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽凝液將氨水進行初次預(yù)熱，一方面節(jié)約氨水蒸發(fā)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水的過程中減少氣態(tài)損失。

　　1. 3 氨水蒸發(fā)器

　　氨水蒸發(fā)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。氨水蒸發(fā)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入氨水蒸發(fā)器，被蒸汽加熱部分氣化后進入氨水緩沖罐中進行氣液分離。氨水蒸發(fā)器采用 0. 8 MPa 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，一是進行氣液分離，二是作為氣體緩沖。從氨水蒸發(fā)器來的氨水為氣液兩相，緩沖罐分離出來的氣相進入氨氣/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)至氨水蒸發(fā)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，氨水蒸發(fā)在 0. 1 MPa 壓力下進行，此時蒸發(fā)溫度為 119 ℃。當(dāng)氨氣通過罐頂壓力控制閥減壓后，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氨水蒸發(fā)器中的蒸汽凝結(jié)水。蒸汽凝結(jié)水靠位差從氨水蒸發(fā)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)水再進入氨水預(yù)熱器進一步回收其中的熱量，最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。氨水蒸發(fā)工藝流程如圖 1 所示。

　　2 氨水蒸發(fā)工藝的控制及連鎖

　　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_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 NOx 含量小于 100 mg /m3 。當(dāng) NOx 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，把交換機換向報警信號取到 DCS 進行邏輯控制，交換機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 5 mg /L以下。

　　2. 2 氨水緩沖罐的液位控制

　　在氨水進料量、氨水蒸發(fā)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，此時氨水進料量等于氨水蒸發(fā)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 20 kPa 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 20 kPa 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 10 kPa，此時氨氣溫度為 110 ℃，遠大于飽和溫度，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 20 kPa，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 20 kPa。