水泥窑烟气脱硝氨区工艺设计
水泥 西安西矿环保科技有限公司 杨宁，范潇，雷华，蒋宝庆，李海波 2021-05-20
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摘要：水泥窑SNCR和SCR脱硝大多采用氨水作为还原剂介质。氨水属于危险化学品，从运输、卸料、储存、输送等过程进行安全控制。本论文将以某水泥生产线SCR脱硝系统设备氨区为例，阐述脱硝氨区工艺设计。
关键词：脱硝、氨区、安全设施
某水泥生产线SCR脱硝系统采用“高温电除尘+SCR脱硝一体化”技术，设计指标NOx小于50mg/Nm3的排放要求。氨区配备2台60m3氨水储罐及附属氨区设施。
氨区整体布置要求如下：氨区布置符合《建筑设计防火规范》（GB 50016）、《水泥工厂设计规范》（GB50295）的有关规定，氨区布置在厂区全年最小频率风向的上风侧，远离人员密集场所；同时在通风良好、有利于消防救援的安全地带。建筑物按规定划分等级，保证满足规定的防火间距。项目的场地高程符合《防洪标准》（GB 50201）的规定，抗震设计符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011）的要求。氨区道路考虑满足运输、检修和消防的需要，对其进行规划并与厂区的环网道路连接。
以下将从氨区主要设备和安全设施设计两个方面对此项目氨区进行简介：
1.氨区主要设备概述
氨区主要包括氨水储存区及泵区。氨区主要设备有卸氨泵、氨水储罐、氨气吸收罐、废水泵、废水坑、氨水输送泵等。
1.1卸氨泵
通过氨水卸料泵进行卸氨，卸料泵和氨水罐车之间通过导静电耐酸碱软管连接，卸氨泵共计2台，采用一用一备，输送能力25m3/h，扬程30m。泵体及管道材质均采用304不锈钢，泵体电机等采用防爆电机。
1.2氨水储存
氨水储罐采用立式储罐，容量按照水泥窑3d的消耗量设计，单台储罐60m3共计2台。罐体材质采用304不锈钢，两台储罐之间设计联通阀，互以备用。
1.3氨气吸收罐
用于吸收卸氨时及常温下氨水储罐逃逸和挥发的氨气，共计1台。单台储罐3m3罐体材质采用304不锈钢。
1.4废水坑
用于吸收卸氨时管道剩余氨水排空及地面冲洗水、外界雨水等。同时配备有废水输送泵，泵体及管道材质均采用304不锈钢，泵体电机等采用防爆电机。同时废水坑上部配备钢盖板，全部密封，防止氨气泄漏。
1.5氨水输送泵
通过氨水输送泵进行卸氨，氨水输送泵共计2台（一用一备），输送能力3m3/h，扬程140m。泵体及管道材质采用304不锈钢，泵体电机等采用防爆电机。
2.氨区安全设施设计
2.1氨棚
氨水储罐布置在敞开式带顶棚的氨棚内，防止温度暴晒引起氨水的过量挥发，造成氨气富集引发安全事故及氨区操作的保护。
氨棚顶部设置风向标，风向标位于易观察和查看的方位，如发生泄露火灾等突发情况易于逃脱。
氨棚顶部敷设10镀锌圆钢制成的避雷针，与氨区闭合主接地网相连。防止由于雷击等产生的火花引起安全事故。施工时注意与土建专业密切配合，使建筑物内钢筋网连成电气通路。接地装置施工完成后，实测总接地电阻不大于4Ω。
氨棚设计不能使用屋脊式结构，应采用斜坡式结构，防止氨气泄露后的聚集，发生爆炸危险，保证整个氨区的安全性能。如下图所示：
不合理结构（屋脊式结构） 合理结构（斜坡式结构）
2.2氨区防火堤
氨区储罐四周设置高度1.2m(以室内地坪计算)的不燃烧实体防火堤，满足最大单体罐泄露的容积，不在单独设置事故池。防火堤在不同方位处共设计2处越堤人形踏步，采用混凝土结构防止氨水泄露后的腐蚀，同时踏步处均配备栏杆以及防静电释放球，保证人员进入的安全。
2.3氨水储罐
氨水储罐按照《钢制焊接常压容器》（NB/T47003.1）,《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》（GB50341）进行设计、制造、试验和验收。氨水储罐底板设计要求进行真空法试验，保证罐底无泄漏；罐体要求进行盛水试验和沉降试验后方可进行卸氨，防止安全事故的发生。
氨水储罐设计有温度、压力、液位远传，并在DCS画面上进行显示，用以氨区消防喷淋的信号点，同时进料管伸至罐底200mm处，减小卸氨时氨水四溅增加氨气量，减小安全事故。顶部设置的护栏、平台均严格按照国家标准规范要求进行设计并由专业厂家制作；护栏采用热镀锌钢管，高度为1050mm。
储罐顶部设置呼吸阀，以防储罐氨气富集压力过大，造成泄露事故。
2.4卸氨管口
卸氨管口和氨水罐车之间采用导静电耐酸碱软管连接，软管和管道采取法兰或者快速接头连接，降低泄漏率，同时安装接地装置，以防由于静电引起的安全事故。
导静电耐酸碱软管
2.5氨区安全设施
整个氨区配备一定数量的氨逃逸监测装置，安装在无冲击、无振动、无强电磁场干扰的场所，而且周围留有不小于0.3m的净空，安装高度高出释放源0.5~2m。当氨气浓度达到5ppm及以上时，信号传递至DCS并显示报警，当氨气浓度达到35ppm时，信号传递至DCS通过启动消防喷淋电磁阀，对氨区进行消防水喷淋，减小事故的发生。
氨水储罐顶部配备烟感检测器，当烟雾浓度达到一定数值时，就地进行声光报警，同时信号传递至DCS通过启动消防喷淋电磁阀，对氨区进行消防水喷淋，减小事故的发生。
氨区在每个出入口附近均配备一套洗眼器设施，用于发生意外情况时的冲洗，降低事故的发生。
2.6氨区管道
氨区各类管道，阀门等设计要求色标、流向等标注标识及安全警示标志。所有接触氨水的管道及阀门均采用不锈钢304及以上等级，禁止使用铜等材质，保证整个管道的输送。
防静电接地按《化工企业静电接地设计规程》（HG/T 20675）进行。在工艺过程中会产生和累积静电，另外空气中的粉尘粒子的磨擦也容易产生静电，因此静电的消除就显得较为重要。氨区工艺装置、设备、管道均作防静电接地，管道与阀门、法兰之间采用截面积不小于2.5mm2的铜绞线跨接。
氨区范围内有汽车通过的架空管道净空高度为5.0m，室内管道支架梁底部通道处净空高度为2.5m。
氨区内所有室外沟道均采用现浇钢筋混凝土结构，沟盖板采用花纹钢板结构，跨越道路处的沟道及盖板满足汽车荷载要求，沟道设南北0.3%纵坡及排水口。
从氨区到SCR装置区的管道采用综合管架。氨区设有排放系统，使氨水储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，外溢的氨气经由氨气吸收罐吸收成氨废水后排放至废水池，由废水泵送到工业废水处理站处理。
2.7氨区电气
氨区设计符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058)规定，所有的泵均采用防爆型或本安型产品，氨区电缆采取阻燃防火电缆，防止事故的扩大及蔓延。
电缆防火主要采取以下措施：
（1）每台电机的电缆通道独立设置。（2）各建筑物通向外部的电缆通道出口处设置防火封堵。（3）电缆和电缆托架、支架分段使用防火涂料、难燃槽盒、防火隔板或防火包等。（4）电缆敷设完成后，所有的孔洞均使用防火堵料进行封堵。
3结论
SNCR和SCR脱硝技术作为氮氧化物超低排放治理的广泛应用技术，所配套的氨水储存设施必不可少。依据国家对危险化学品的管理标准和要求，须加强氨区的安全方面的设计，并采取有效的安全防范措施，从源头上避免危险事故的发生，提高企业的安全防范管理水平。
参考文献
[1] 火电厂烟气脱硝工程技术规范-选择性催化还原法HJT562-2010
[2]孙克勤、钟秦等火电厂烟气脱硝技术及工程应用，化学工业出版社，2007
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