邢希東

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301907）

SCR脫硝系統(tǒng)氨管道堵塞原因分析及對策

邢希東

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301907）

某600MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生鍋爐側(cè)脫硝系統(tǒng)供氨流量下降、供氨壓力下降、脫硝出口氮氧化物含量上升的異?，F(xiàn)象，主要原因是采用碳鋼管做為供氨管道，導(dǎo)致鐵的氧化物雜質(zhì)堵塞了供氨系統(tǒng)閥門門芯，而冬季過低的環(huán)境溫度影響了氨氣流量是雜質(zhì)在門芯等位置積存的誘因，通過更換氨管道材質(zhì)并對供氨管道加強(qiáng)保溫解決了異常現(xiàn)象，保證了脫硝的正常運(yùn)行。

環(huán)保達(dá)標(biāo)排放；氮氧化物；SCR脫硝；液氨；氧化物；不銹鋼

引言

我國當(dāng)前的大氣環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻，區(qū)域性大氣污染問題突出，直接影響了經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民群眾的身體健康。2010年我國二氧化硫、氮氧化物排放總量位居世界第一位，重點(diǎn)區(qū)域城市的二氧化硫、可吸入顆粒物年均濃度是歐美發(fā)達(dá)國家的2～4倍?！笆濉逼陂g是我國全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化將繼續(xù)快速發(fā)展，為了切實(shí)改善環(huán)境質(zhì)量，降低大氣中氮氧化物的含量，國家規(guī)定加快燃煤機(jī)組低氮燃燒技術(shù)改造及脫硝設(shè)施建設(shè)，單機(jī)容量20萬千瓦及以上、投運(yùn)年限20年內(nèi)的現(xiàn)役燃煤機(jī)組全部配套脫硝設(shè)施。本文介紹了天津某發(fā)電公司利用大修機(jī)會(huì)對兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行鍋爐脫硝改造，對在煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行期間，發(fā)生因氨管道被雜質(zhì)堵塞無法正常供氨的異常現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

1 設(shè)備及項(xiàng)目概述

1.1 機(jī)組概述

天津某發(fā)電公司2×600MW火電機(jī)組是我國華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW亞臨界火電機(jī)組，是京津唐電網(wǎng)的主力機(jī)組。被國家計(jì)委列為1996年利用國家外匯儲(chǔ)備購買國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備發(fā)展民族工業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目。工程于1998年10月開工，其中三號(hào)機(jī)組于2001年12月18日正式投產(chǎn)，四號(hào)機(jī)組于2002年6月5日正式投產(chǎn)。

鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，亞臨界、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)、控制循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動(dòng)式四角切圓燃燒器。設(shè)計(jì)燃料為準(zhǔn)格爾煤。6套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置ZGM123型中速磨煤機(jī)，A、B磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器裝有等離子點(diǎn)火裝置，設(shè)計(jì)上未預(yù)留脫硝系統(tǒng)安裝位置。

1.2 SCR脫硝系統(tǒng)介紹

該公司的脫硝系統(tǒng)采取選擇性催化還原法（SCR）去除煙氣中NOx。還原劑采用純氨（純度≥99.6%），由液氨槽車運(yùn)送，利用卸料壓縮機(jī)，將液氨從槽車輸入液氨儲(chǔ)罐內(nèi)，并依靠自身重力和壓差將液氨儲(chǔ)罐中的液氨輸送到液氨蒸發(fā)槽內(nèi)，利用輔汽提供的熱蒸發(fā)為氨氣，后經(jīng)與稀釋風(fēng)機(jī)鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合后，送達(dá)氨噴射系統(tǒng)。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來自鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置（即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間），通過催化劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)，最終從出口煙道至鍋爐空預(yù)器，達(dá)到脫硝目的。整套脫硝裝置主要由SCR反應(yīng)區(qū)和氨站區(qū)兩個(gè)區(qū)域組成。

脫硝系統(tǒng)布置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間的位置（見圖1）。根據(jù)鍋爐機(jī)組現(xiàn)狀，SCR反應(yīng)器系統(tǒng)按一臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)脫硝反應(yīng)器，煙道分兩路從省煤器后接出，經(jīng)過垂直上升后變?yōu)樗?，接入SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器為垂直布置，經(jīng)過脫硝以后的煙氣經(jīng)水平煙道接入空預(yù)器入口煙道。

圖1 脫硝SCR工藝系統(tǒng)（單側(cè)）布置圖

選擇性催化還原法是利用氨對NOx的還原功能，使用氨氣作為還原劑，將體積濃度為5%的氨氣通過氨注入裝置（AIG）噴入溫度為280℃～420℃的煙氣中，在催化劑作用下，氨氣將煙氣中的NO和NO2還原成無公害的氮?dú)夂退斑x擇性”的意思是指氨有選擇地進(jìn)行還原反應(yīng)，在這里只選擇NOx還原。

催化劑是整個(gè)SCR系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，催化劑的設(shè)計(jì)和選擇是由煙氣條件、組分來確定的，影響其設(shè)計(jì)的三個(gè)相互作用的因素是NOx脫除率、NH3的逃逸率和催化劑體積。

上述脫硝反應(yīng)是在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，反應(yīng)器布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。反應(yīng)器內(nèi)裝有催化劑層，進(jìn)口煙道內(nèi)裝有氨注入裝置和導(dǎo)流板，為防止催化劑被煙塵堵塞，每層催化劑上方布置了吹灰器。SCR脫硝反應(yīng)所需的還原劑氨氣，可以通過液氨、氨水及尿素三種化學(xué)藥品獲取。在能保證藥品正常供應(yīng)的情況下，優(yōu)先選擇液氨作為還原劑。

該工程煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路，每路煙氣垂直布置的SCR反應(yīng)器，經(jīng)過均流器后進(jìn)入催化劑層，每臺(tái)鍋爐配有2個(gè)SCR反應(yīng)器，經(jīng)過脫硝以后的煙氣直接接入空預(yù)器入口煙道，然后經(jīng)空預(yù)器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置后，排入煙囪。在進(jìn)入煙氣催化劑前設(shè)有氨注入的系統(tǒng)，煙氣與氨氣充分混合后進(jìn)入催化劑反應(yīng)，脫去NOx。鍋爐SCR區(qū)供氨系統(tǒng)布置見圖2。

2 脫硝系統(tǒng)SCR區(qū)供氨壓力下降分析及解決

脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中遇到了一些較為重大的問題，該公司技術(shù)人員通過分析、測試等大量工作，解決了遇到的難點(diǎn)問題，保證了脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

2.1 異常過程及現(xiàn)象

在冬季，鍋爐脫硝SCR系統(tǒng)發(fā)生了多起管道閥門堵塞異常，主要表現(xiàn)為供氨壓力從正常的85kPa降至20kPa以下，經(jīng)采取有關(guān)措施后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。主要的處理過程為：1）就地手動(dòng)開關(guān)活動(dòng)供氨關(guān)斷閥門；2）發(fā)現(xiàn)閥芯有黑色粉末異物，活動(dòng)閥門失效，檢修更換定壓閥；3）未解體管道及閥門，提高氨區(qū)供氨壓力，強(qiáng)制吹掃；4）發(fā)現(xiàn)閥芯及管道內(nèi)壁有一定量的黑灰色粉末，拆除閥門疏通閥芯，用壓縮空氣進(jìn)行管道吹掃。

2.2 雜質(zhì)樣品化驗(yàn)分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查，自立式調(diào)壓閥閥芯及后面管道中均發(fā)現(xiàn)粉末狀雜物，從異常處理過程可以看出，供氨管道中有雜物，氨氣流速降低，雜質(zhì)堵塞供氨系統(tǒng)的節(jié)流處（速關(guān)閥、定壓閥閥芯等處），導(dǎo)致供氨不暢，SCR區(qū)供氨壓力下降。因此查清楚雜質(zhì)來源是解決該問題的關(guān)鍵。

經(jīng)電廠技術(shù)人員和化驗(yàn)人員對雜質(zhì)進(jìn)行初步分析，結(jié)果如下。

（1）外觀分析

從供氨管道和閥門中取出的雜質(zhì)見圖3。取出雜質(zhì)的顏色有黑色和土黃色兩種，除雜質(zhì)的干濕度有不同之外，外觀基本一致，為粉末或結(jié)塊形狀，結(jié)塊可碾碎，均有明顯的臭味及氨氣刺激味。

（2）雜質(zhì)磁性分析

在電廠化驗(yàn)室通過磁鐵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該雜質(zhì)能夠被磁鐵吸附（見圖4），表明其中含有鐵或鐵的氧化物；由于該電廠不具備化驗(yàn)條件，具體成分需送至電科院進(jìn)行分析。

圖4 雜質(zhì)磁性試驗(yàn)

（3）雜質(zhì)溶水性分析

在該電廠化驗(yàn)室中，取少量雜質(zhì)放入水中，攪拌均勻后雜質(zhì)在水中沉淀，并明顯分層（見圖5），說明該雜質(zhì)不溶于水。

圖5 雜質(zhì)溶水性試驗(yàn)

將現(xiàn)場提取的雜質(zhì)樣品送至相關(guān)電科院進(jìn)行成分分析，結(jié)果如下表。從上述樣品氧化物含量的分析結(jié)果看，雜質(zhì)中的主要氧化物為Fe2O3。

某電科院對雜質(zhì)樣品氧化物含量分析表

3 氨管道內(nèi)產(chǎn)生異物的原因分析

3.1 液氨品質(zhì)問題

如果采購的液氨本身含有雜質(zhì)，那么必然會(huì)造成液氨蒸發(fā)區(qū)和氨氣管道中帶有雜質(zhì)，堵塞管道。華中某發(fā)電公司也曾發(fā)生過因液氨品質(zhì)問題導(dǎo)致氨蒸發(fā)區(qū)調(diào)整門門芯堵塞，經(jīng)更換液氨廠家后，問題得到了解決。該公司一直采用的是同一廠家的液氨產(chǎn)品，經(jīng)廠家化驗(yàn)，液氨純度＞99.6%，殘留物含量＜0.04%，符合產(chǎn)品要求，結(jié)合本次該廠發(fā)生異?，F(xiàn)象前的運(yùn)行情況，基本可以排除液氨來源的問題。

3.2 管道安裝遺留物問題

脫硝系統(tǒng)管道在安裝時(shí)均采取封堵措施，投運(yùn)前也經(jīng)過吹掃和氨氣置換，有粉末狀殘留物存留的可能性不大。華東某發(fā)電廠曾發(fā)生過因管道和氨罐中有殘留物，導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)生堵塞閥門門芯的異常，但取樣的樣品外觀與該公司的樣品明顯不一樣，因此基本可排除是遺留物的問題。

3.3 管道材質(zhì)的影響

該公司的氨存儲(chǔ)區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和SCR區(qū)內(nèi)的主要管道設(shè)計(jì)、施工均是采用碳鋼管。本次管道堵塞雜物樣品的化驗(yàn)結(jié)果也表明，碳鋼氨管道和氨發(fā)生腐蝕形成鐵的氧化物的可能性較大，同時(shí)結(jié)合某些氨泄漏事故分析結(jié)論，考慮到碳鋼的耐腐蝕性不強(qiáng)，為防止碳鋼管道因酸腐蝕尤其是焊口等高應(yīng)力部位因腐蝕而發(fā)生泄漏，該公司決定利用年終機(jī)組小修的機(jī)會(huì)對氨管道進(jìn)行更換。

3.4 環(huán)境溫度的影響

通過對發(fā)生SCR區(qū)氨氣管道堵塞時(shí)間段的各相關(guān)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)近期恰逢秋冬交替季節(jié)，環(huán)境溫度明顯下降，夜間最低溫度接近于0℃。同時(shí)，SCR區(qū)的氨氣管道布置在戶外的露天場所，平臺(tái)處的風(fēng)力較大，氨氣在氨蒸發(fā)器的出口溫度最低在40℃以上，但SCR區(qū)的氨氣溫度最低在10℃以下。環(huán)境溫度的明顯下降，導(dǎo)致供氨管道外壁結(jié)露嚴(yán)重，有可能造成氨氣密度增大流速相對降低，如果氨氣管道中有一定的粉末狀雜質(zhì)，對其攜帶能力下降，極易在閥門、閥芯等節(jié)流明顯的部位形成沉積，最終會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)堵塞，出現(xiàn)供氨壓力、流量下降的異?，F(xiàn)象。

4 采取的措施

基于對氨管道內(nèi)出現(xiàn)異物的可能原因的分析及排除，該公司采取了如下措施：

（1）向環(huán)保局申請退出脫硝系統(tǒng)，對整個(gè)氨管道采取分段對空壓縮空氣吹掃，徹底清除管道內(nèi)雜質(zhì)及異物；

（2）對SCR區(qū)供氨閥門門芯進(jìn)行疏通及清理，部分閥門更換新閥門；

（3）對SCR區(qū)主要管道、閥門采取加棉被等臨時(shí)保溫的措施，同時(shí)對SCR區(qū)域平臺(tái)加裝了臨時(shí)擋風(fēng)墻加強(qiáng)了保溫；并計(jì)劃利用檢修機(jī)會(huì)對SCR區(qū)管道增加蒸氣伴熱系統(tǒng)；

（4）利用年底機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，更換了從氨罐第一道法蘭至SCR區(qū)氨氣空氣混合器之間所有的液氨、氣氨管道，更換為耐腐蝕性更好的不銹鋼管道；

（5）安排專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)進(jìn)行對氨管道內(nèi)產(chǎn)生異常的情況跟蹤分析，并持續(xù)關(guān)注國內(nèi)同行單位相似情況的處理及解決方法。

通過采取上述措施，該公司的脫硝系統(tǒng)氨管道內(nèi)產(chǎn)生異物堵塞管道的異?，F(xiàn)象得到了控制，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常。

5 結(jié)語

燃煤發(fā)電機(jī)組采用煙氣脫硝除氮技術(shù)是降低氮氧化物排放的主要技術(shù)手段，也是國家進(jìn)行霧霾治理的主要方法之一。但對于火力發(fā)電企業(yè)而言，煙氣脫硝運(yùn)行維護(hù)技術(shù)仍屬于近幾年接觸的新技術(shù)，成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累尚不足。國內(nèi)企業(yè)通過現(xiàn)場勘查、技術(shù)分析、實(shí)際試驗(yàn)等多種手段成功解決了脫硝運(yùn)行中遇到的難題，保證了煙氣脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，為大氣減排工作做出了貢獻(xiàn)。

國家環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家財(cái)政部.重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃[Z]. 2012.

Reason Analysis and Countermeasure on Ammonia Pipeline Jam of SCR Denitration System

XING Xi-dong
(Tianjin Datang International Power Generation Co., Ltd, Tianjin 301907, China)

A certain 600MW generating set denitration system takes place abnormity phenomena, such as decline of flux and pressure of ammonia supply from denitration system of boiler side, and ascent of nitrogen oxides content at exit of denitration in its operation. The main reason is to take carbon steel tube as ammonia supply tube so as to cause oxidation impurity of iron to stop the valve core of ammonia supply system. The lower temperature in winter affect the ammonia air flow which causes to happen impurity deposit in the valve core. By replacing the materials of ammonia tube and by taking heat preservation and resolving the abnormity phenomena in ammonia supply tube, the normal operation of denitration is ensured.

complying emission of environmental protection; nitrogen oxide; SCR denitration; liquid ammonia; oxide; stainless steel

X701

A

1006-5377（2015）03-0024-04