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摘 要：针对沥青拌合站存在的氮氧化物（NOX）排放问题，开发了基于SNCR法的沥青搅拌站除硝系统。对沥青拌合站除硝系统进行了机械结构设计，三维实体建模，采用增量型PID算法，以出口NOX浓度的设定值与实际值的偏差对所需的喷氨量进行自动调节，设计了控制系统。由现场实验可知，该脱硝装置的NOX排放浓度符合规定要求。
关键词：NOX;三维建模;SNCR法;脱销装置;控制系统
中图分类号：U415.522 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）15-0095-03
Abstract： A denitrifying device for asphalt mixing station based on SNCR was developed to solve the nitrogen oxide（NOX） emission problem in asphalt mixing station. After analyzing the process flow of the SNCR method， the required amount of ammonia injection is automatically adjusted by the deviation between the set value of the export NOX concentration and the actual value. With PLC as the control core， the incremental PID algorithm is used to carry out the control system design， and the monitoring interface was also designed. Field experiments showed that the control system of the denitrifying device could meet the control requirements and NOX emission concentration meets the requirements.
Keywords： NOX; Mixing station; SNCR method; deselling devices; control system
1 概述
隨着我国工业化、城镇化的快速发展，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力加大，大气中氮氧化合物的排放成为我国环境污染问题的主要源头。目前沥青拌和站普遍存在的环境污染方面的问题为：扬尘（颗粒物）问题，燃料燃烧产生的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害气体排放问题，沥青加热和搅拌过程中产生的沥青烟气等，这些问题如果不及时解决必定会对公路行业沥青搅拌站的稳定发展和绿色发展造成很大阻碍[1-2]。
关于氮氧化物（NOX）排放控制自2015年就开始研究并进行了多次实验，通过分析，结合沥青拌和楼生产工艺流程以及所使用燃料的实际情况选择喷氨法脱硝（SNCR脱硝），目前已经初步掌握了控制其排放的技术原理，经检测符合国家排放标准[3-5]。基于以上研究，基于SNCR法，进行了沥青拌合站除硝系统的整体机械结构设计，并应用PLC实现其控制。
2 脱硝系统机械结构设计
由于NOX污染物主要由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成并且燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600-800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOX产物中占60-80%，在生成燃料型NOX过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOX。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化挥发和焦炭中剩余氮的氧化焦炭两部分组成，挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。所以，降低NOX污染物，必须从燃烧器着手。脱硝系统包括几个关键系统：给粉系统、冷却系统、取样系统和加热系统等。脱硝系统结构如图1所示。
脱硝系统由NOX气体变频器13、数据处理器6、尿素喷射泵2、尿素储存罐1、尿素喷射泵变频控制器5和尿素喷嘴3组成，尿素喷嘴3通向沥青拌和站的燃烧器的燃烧室内，尿素储存罐1的出口与尿素喷射泵2的进口连通。
由于氨只和烟气反应，而一般不和氧反应，这种方法亦称选择性非催化剂吸收（SNCR）法。但不用催化剂，氨还原NO仅在950-1050℃这一狭窄范围内进行，故喷氨点应选择在燃烧室对应位置。采用炉膛喷射脱硝，喷射点必须在950-1050℃之间。喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要条件。
通过分析，结合沥青拌和站生产工艺流程以及所使用燃料的实际情况选择喷氨法脱硝（SNCR脱硝）（图3）。
沥青拌合站工作中燃烧室排放出的尾气经干燥滚筒及除尘器，到达烟道，并经由烟道排出。在烟道内安装有NOX气体变送器，对NOX的排放量进行检测。此外，烟道内还有CO2气体变送器、管道式风速仪、尾气温度传感器等，可实现其他尾气及温度、速度等的检测，有利于系统的扩展。排放闭环控制流程及检测点布置结构框架如图4所示。
3 控制系统设计
本文采用串级控制系统以提高工艺参数的精确度。在串级控制系统中，控制器根据出口NOX浓度的设定值与实际值NOX浓度的偏差对所需的喷氨量进行调节，根据预设值与其实际工程值的偏差的大小控制调节变频电机的转速，进而调节喷射泵的流量，改变进入燃烧室的氨水量。选用三菱的FX3U-32MR型号的PLC来实现NOX实际浓度值达到设定要求，采用PLC的特殊功能模块的模拟输出来控制变频器的频率[6-8]。
脱硝装置的控制系统软件部分设计主要包括PLC中按钮开关、接触器、报警器、变频器等元件的信号分配。
为了方便进行脱硝装置控制，进行了触摸屏的界面设计，触摸屏为ProFace GC4501W，主要包含控制系统的系统启动、参数设置、自动调节、加液、减液等，并实时显示变频器的频率、液位、排放尾气各种气体的排放量，做好监控。PLC控制系统如图5所示。
4 实验调试
除硝系统设计完成后，進行了仿真调试，并进行了现场实验调试，现场图如图6所示。一般情况下，沥青拌和站加热系统工作时产生NOX气体，其排放量大约为284mg/m3（采用燃料不同其排放量会有所差异）。应用本监控系统进行脱硝实验，检测结果显示NOX气体排放浓度降低到了100mg/m3以下，符合国家相关标准。
5 结束语
针对沥青拌和站氮氧化物（NOX）排放造成的对环境的污染，选择非催化剂吸收（SNCR）法进行脱硝。在分析了脱硝装置的工艺流程后，进行了除硝系统机械结构设计和控制系统设计。由现场实验可知，该脱硝系统能够满足控制要求，NOX排放浓度符合规定要求。
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