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1、 催化脱氮装置氨气供应的控制 催化脱氮装置氨气供应的控制 王小龙 （宁波宝新不锈钢有限公司） 摘 要 本文主要介绍宁波宝新不锈钢有限公司的 1 号酸再生站催化脱氮装置氨气供应的控制数学模型，以及优化 其数学模型解决原来催化脱氮装置氨气供应控制不理想、消灭冒黄烟和节约氨气用量等问题。 关键词 ppm 氨气 The Control of Catalytic Denitrification Device Ammonia Gas Supply Wang Xiaolong (Ningbo Baoxin Stainless Steel Co.，Ltd.) Abstract The article main
2、ly introduces the catalyses mathematics control model of 1#ARP in Ningbo baoxin stainless steel Co.,Ltd., and optimizes it to solve the problems of ammonia feeding control, yellow smoke and ammonia consumption. Key words ppm, ammonia 1 引言 1 号酸再生站的废气处理装置催化脱氮装置的催化室里进行的氧化还原反应是： 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O 2NO
3、2+4NH3+O2=3N2+6H2O NO（一氧化氮）和 NO2（二氧化氮）来自酸再生站产生的废气，而 NH3（氨气）由外置液氨罐提供。 液氨罐提供的是高压低温的浓缩液氨，它通过氨加热器气化后向催化脱氮装置供给（见图 1） 。 图 1 氨气供应设备示意图 现1 号酸再生站的催化脱氮装置氨气供应的现状是： 催化脱氮装置催化室温度为： 407 （设定点为370） ， 催化室入口氨气供应温度为：1，管道外结霜严重，影响氨气供应的迅速性，氨气控制比例阀开度为：91， 氨气供应流量41kg/h，加热器温度为 40，当出现反应炉塌灰，液氨罐自动切换时，ppm 值迅速升高，而氨 气控制比例阀反应后，氨气供应
4、不及时，引起冒黄烟，造成安全环保事故。 2 问题提出 催化脱氮装置氨气供应的不正常现象，是由于氨气供应量过量引起。 2007 中国钢铁年会论文集 3 原因分析 催化脱氮装置的催化室里进行的氧化还原反应是一个放热反应， 当氨气供应过量时， 势必引起催化室内 的温度大大超过其设定值 370。当氨气供应过量时，液氨通过氨加热器预热的热量就要求大，导致氨加热 器温度上不去，既而引起供应的氨气温度低，氨气供应管表面结霜，氨气温度低，使氨气成为气态和液态混 合，导致氨气供应的迅速性降低，引起冒黄烟，氨气供应过量时，导致氨气浪费。 4 数学模型 要解决氨气供应过量问题，必须了解氨气供应控制的数学模型。根据
5、分析氨气供应的 PLC 程序，得出 氨气量与反应炉喂酸流量成正比例函数。 设 y=氨气控制比例阀开度百分值，m=反应炉喂酸流量，k=比例斜率 ，x=ppm ，ppm 为废气中氮氧 化合物含量，1ppm=1/11000000kg/L, ppm 为两个 ppm 的差值。 因酸再生站 m=反应炉喂酸流量=1600L/h, k=比例斜率=0.057，km=16000.057=90.56。 其氨气控制比例阀开度的函数方程式和函数图如下： （1）当反应炉酸枪切换时，y=100。 （2）当 ppm0 时，y= km=90.56。见图 2 中 A1 曲线。 （3）当ppm5 时，y= 11 x +km+0.5
6、=11 x+91.06。见图 2 中 B1 曲线。 （4）当 5ppm10 时，y= 11 x +km+3.5=11 x+94.06。见图 2 中 C1 曲线。 （5）当ppm10 时，y= 11 x +km+6.5=11 x+97.06。见图 2 中 D1 曲线。 图2显示的是氨气控制比例阀开度百分值与ppm 的关系， 图中纵坐标表示氨气控制比例阀开度百分值， 数值 100 表示氨气控制比例阀开度为 100。横坐标表示当ppm 为某一值时，确定一个数学函数曲线，氨 气控制比例阀开度为 100时对应的ppm。比如当 5ppm10 时，函数曲线为 C1 曲线，当ppm 达到 0.54 时氨气控制
7、比例阀开度为 100，说明氨气控制比例阀的打开速度非常之快。 图 2 氨气控制比例阀开度百分值与ppm 的函数曲线 5 优化数学模型 要减小氨气供应量，就要减小氨气控制比例阀开度，而其开度是由 PLC 程序自动控制的，所以要优化 数学控制模型，经研究 PLC 程序，现 k=比例斜率由 0.057 改为 0.053,经过改动 PLC 程序后, 其氨气控制比 例阀开度的函数方程式和函数图如下： （1）当反应炉酸枪切换时，y=100。 （2）当 ppm0 时，y= km=84.8。见图 2 中 A2 曲线。 （3）当ppm5 时，y= 11 x +km+0.5=11 x+85.3。见图 2 中 B2
8、 曲线。 催化脱氮装置氨气供应的控制 （4）当 5ppm10 时，y= 11 x +km+3.5=11 x+88.3。见图 2 中 C2 曲线。 （5）当ppm10 时，y= 11 x +km+6.5=11 x+91.3。见图 2 中 D2 曲线。 当ppm 的数值与各数值比较后,PLC 选择相应的控制数学模型， 图 2 中可以看出当ppm 越大时,氨气供 应阀动作更迅速。 6 功效对比 经过优化氨气比例阀控制数学模型后，我们控制效果进行统计，现比较如下： 名 称 氨加热器温度 氨加热器供应管 道温度 氨气比例阀开度 氨气流量 催化室温度 控制方式 原数学模型 40 1 91 41kg/h
9、407 自 动 新数学模型 60 32 85 34kg/ h 380 自 动 原控制模型控制时， 氨气供应流量大， 氨气供应管道温度低， 容易引起管道冻结， 操作工为防管道冻结， 手动控制氨气供应比例阀开度，当 ppm 值突然上升时，影响氨气供应速度，氨气供应比例阀还保持原状， 非常容易冒黄烟。于是氨气供应比例阀开度采用自动控制，因氨气供应管道温度低，氨气处于气态和液态混 合体，当反应炉塌灰时，氨气供应速度跟不上 ppm 的变化，容易冒黄烟。现氨气供应比例阀采用自动控制 方式，氨气供应温度维持在 30，当 ppm 值变化时，氨气供应比例阀根据数学控制模型自动控制，氨气的 良好气态保证了供应的迅速性，因氨气使用流量减小，这样可以减少液氨用量，节约能源。