高思
中国恩菲工程技术有限公司 北京 100038
摘要：基于赣州市生活垃圾焚烧发电厂，阐述SNCR系统原理，对比不同还原剂的优缺点，分析喷枪溶液管道流量特性，并说明常用小管径流量测量仪表的工作原理、优缺点，针对赣州项目具体工况进行分析。
关键词：SNCR，喷枪溶液管道，垃圾焚烧，流量测量
近年来，随着我国城市化发展的加速和人口的增加，城市垃圾量增加迅速。垃圾焚烧发电由于其减量化、无害化、资源化的特点，在全国范围内得到了快速发展。
生活垃圾在焚烧过程中会产生大量的有毒有害气体，其中氮氧化物因其对人体危害大，排放量高而备受重视，去除氮氧化物成了垃圾焚烧技术的一个重要工艺。根据氮氧化物的氧化、还原和吸附的特性，生活垃圾焚烧发电厂中去除氮氧化物（脱硝）技术一般包括干法、湿法、半干法三种。干法脱硝包括选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）、电子束脱硝和直接催化分解等，其脱硝率相对较高，应用较为广泛。SNCR脱硝技术在上世纪90年代就开始大量研究和发展，是一种成熟的且成本较低的氮氧化物控制技术，在国内有广阔的发展前景。
1、SNCR工艺描述
选择性非催化还原（SelectiveNon-Catalytic Reduction，以下简称SNCR）是指在没有催化剂的作用下，在高温区域内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物转化为氮气和水。SNCR工艺对焚烧炉的热效率影响较小，脱硝效果明显，运行经济性显著。
表1：SNCR系统还原剂对比
本文基于赣州市生活垃圾焚烧发电厂进行分析，赣州项目SNCR系统采用尿素溶液作为还原剂，主要设备有尿素制备转运系统，尿素储存及输送系统、混合系统及喷射系统组成。尿素制备罐配置尿素溶液，通过尿素转运泵输送至储存罐，通过尿素输送泵与除盐水在管道混合器中混合，配置为最终浓度5%左右的尿素溶液，以压缩空气为载体，通过双流体喷枪（炉前、左、右各设置2个喷嘴，每条线共6个）喷入焚烧炉900-1000℃区域，尿素溶液在高温下与烟气中的NOX反应，最终生成N2从而将NOX除去。
图1：SNCR系统流程图
2、喷枪溶液管道流量测量的特殊性
基于赣州项目实际工况，喷枪溶液管道管径根据垃圾处理量等具体参数计算得出喷枪溶液管道管径为DN10，管道压力为1.0MPa，压力等级选择PN1.6MPa，喷枪溶液额定情况下的流量为0.045m³/h（对应流速约为0.0159m/s）。
在混合系统中，尿素溶液的配比已经按照烟气排放标准进行调节，因此喷射系统中的喷枪溶液管道的浓度及流量已经稳定。喷枪溶液的流量测量的主要作用是让运行人员便于判断喷枪溶液管道是否堵塞。
由于6个喷枪的溶液管道是连通的，如果单独一支喷枪堵塞，并不能从单个喷枪管道的压力值中得到体现（压力变送器的设置是为了保证喷枪溶液的压力能够达到一定的喷射能力）。因此在每个喷枪溶液管道上设置流量测量装置是必要的，并且对测量精度不做很高的要求。
3、流量测量仪表选择
参考目前国内生活垃圾焚烧发电项目中，SNCR系统喷枪溶液流量测量常用的流量计如下：
1）科里奥利质量流量计（又称科氏力流量计）
科里奥利质量流量计是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的原理来直接测量质量流量的仪表。
优点：①具有较高的测量精确度；
②可测量流体范围广泛；
③无上下游直管段要求，安装位置较容易选择；
④流体密度变化对测量值影响微小。
缺点：①液体中含气量高易影响测量精度；
②对外界振动干扰敏感，流量传感器安装固定要求高；
③测量管内壁磨损或结垢影响测量精确度；
④压力损失较大；
⑤价格昂贵。
尿素溶液在温度降低时很可能在管道内结晶，造成测量管结垢影响测量准确度，须要定期校验调节。价格较贵，每个喷枪前单独设置，数量较多，投入资金量过大。
2）金属转子流量计（又称金属管浮子流量计）
金属管浮子流量计是采用可变面积式测量原理，用于连续测量封装管道中的液体和气体的体积流量。可现场显示，也可以远传至DCS控制系统。
优点：①适用于小管径和低流速（流速一般在0.5-1.5m/s之间）；
②结构简单，适合现场指示（一旦电子部分出现故障，独立的机械指示系统仍然可以反映现场流量的大小）；
③有效测量范围广；
④压力损失较小；
⑤安装简单方便，对上游直管段要求不高。
缺点：①适合中小管径测量，不适合大管径测量；
②测量精度略低，一般在±2%左右；
③测量容易受到测量介质温度，压力，粘度以及结晶情况的影响。
④大部分转子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。
⑤使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。
金属转子流量计适用最低的管径为DN15。针对DN10的喷枪溶液管道无法选用此类流量计。
3）玻璃管转子流量计
玻璃管转子流量计和金属管转子流量计同属于转子流量计，工作原理相同。除同金属转子流量计相同的特性外，其优缺点如下：
优点：玻璃管转子流量计对小管径（不大于DN15）液体的测量，适用流速可以更低，一般可在0.2～0.6m/s之间，甚至可以低于0.1m/s。
缺点：①玻璃材质具有易碎性，耐压力低；
②国内市面上的大部分玻璃管转子流量计为现场显示，不可远传，仅有部分国外厂家可带变送装置；
③单独的玻璃管转子流量计的造价并不高，如需远传功能，价格将会大大提升。
针对低流速，小口径的喷枪溶液流量测量，可以达到较好的测量效果，但玻璃材质易碎，现场更换频率非常高，并且带远传装置的厂家过少，不易采购，如果仅现场显示，需运行人员加大巡检的频率，定期检查或更换流量计。
4）电磁流量计
电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种测量仪表。
优点：①测量通道是段光滑直管，不会阻塞，可应用于较为恶劣的工况，抗干扰能力强；
②压力损失较小；
③不容易受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；
④流量范围大，口径范围宽；
⑤直管段要求低。
缺点：①在使用时，必须是满管测量否则测量有误差；
②电磁流量计只能测量导电率大于5μs/m介质的液体流量；
③不能用于较高温度。
喷枪溶液管道的流量和流速较低，管径小，流速低，可适用的电磁流量计范围极小。针对赣州项目的DN10管道可选用的电磁流量计可适用的压力等级必须小于等于PN1.0MPa，因此电磁流量计不适用于本项目。
4、结语
面对不同类型的流量计，除了满足工程需要，还应充分考虑其经济性和采购便捷等方面。目前国内大部分生活垃圾焚烧发电项目中SNCR系统的喷枪溶液管道流量测量一般选择科里奥利质量流量计或玻璃管转子流量计较多。
其中科里奥利质量流量计适用于小管径，对流速要求低，较容易选择安装位置，考虑其性能及应用性是最佳选择，但考虑到经济性，科里奥利质量流量计价格昂贵，一般生活垃圾焚烧发电厂单台焚烧炉使用6～12支喷枪，流量计使用数量较多，经济性较低。
玻璃管转子流量计（不带远传装置）价格低廉。由于喷枪溶液管道流量计的测量的主要目的并不是检测流量参数，而是及时检测喷枪堵塞。而在生活垃圾发电厂氨水浓度较低，结晶化较少发生，因此可以依靠巡检人员定时就地观测流量计情况，判断喷枪堵塞情况。完全可以满足生产需要。对于赣州生活垃圾发电项目，考虑到经济性和实际工程需要，可选择玻璃管转子流量计进行检测并就地显示。
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作者简介：高思，1986年生，工程师，现供职于中国恩菲工程技术有限公司，主要负责垃圾焚烧项目自控相关设计工作。
论文作者:高思
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第24期
论文发表时间:2018/4/8
标签：喷枪论文; 流量计论文; 测量论文; 溶液论文; 流量论文; 转子论文; 管道论文; 《建筑科技》2017年第24期论文;