文大綴

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司，天津 301907）

燃煤機組脫硝供氨中斷的原因及防范措施

文大綴

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司，天津 301907）

針對某電廠2×600MW燃煤機組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)兩起因設(shè)計不完善、選型不合理導致供氨中斷的異常事件，分析了該事件采取的防范措施等，提出了提高脫硝供氨系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證氮氧化物達標排放，杜絕污染物超標排放事件發(fā)生的設(shè)備改造建議。

煙氣脫硝；氮氧化物；超標排放；燃煤機組；供氨中斷

引言

隨著國家對大氣污染治理力度不斷加大，燃煤機組開始大規(guī)模進行超低排放改造，以滿足煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（標準狀態(tài)、干基、6%O2，下同）分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3[1]。脫硝系統(tǒng)由于投入運行時間較短，生產(chǎn)人員運行、維護經(jīng)驗不足以及設(shè)計不完善、設(shè)備選型不合理、安裝工藝不良等原因，易發(fā)生氮氧化物超標排放事件[2～3]。而一旦發(fā)生污染物排放濃度小時均值超標事件，將會使企業(yè)面臨巨額的經(jīng)濟處罰，并會對企業(yè)形象造成巨大的負面影響。某電廠兩臺600MW燃煤機組分別于2015年11月和2016年3月完成超低排放改造。在煙氣脫硝系統(tǒng)運行期間，發(fā)生兩起因脫硝供氨系統(tǒng)設(shè)備異常造成供氨中斷的事件，其中一次還導致氮氧化物排放濃度短時超標。本文通過對事件原因進行分析，研究了避免類似事件再次發(fā)生的解決方法。

1 設(shè)備概況

該電廠2×600MW機組鍋爐系HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、控制循環(huán)汽包爐，采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，平衡通風，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。兩臺機組分別于2012年12月和2013年12月完成脫硝改造，在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間加裝兩臺脫硝反應(yīng)器。脫硝工藝采用選擇性催化還原（SCR）法，還原劑采用純氨（純度＞99.6%）。液氨儲罐中的液氨依靠自身重力和壓差輸送到液氨蒸發(fā)槽內(nèi)，利用蒸氣提供的熱量蒸發(fā)為氨氣，通過管道和反應(yīng)器區(qū)閥門后（見圖1），再與稀釋風機鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合，并送達氨噴射系統(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入SCR反應(yīng)器，通過催化劑進行脫硝反應(yīng)，最終從出口煙道輸送至鍋爐空預器，達到脫硝目的。

圖1 工藝流程

2 事件過程及分析

2.1 供氨氣動調(diào)整門和關(guān)斷門失去控制氣源異常關(guān)閉導致供氨中斷

2.1.1 事件過程

2016年12月某日，3號機組負荷300MW，4時57分運行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)脫硝A側(cè)供氨氣動關(guān)斷門狀態(tài)黃閃，立即派人就地檢查，發(fā)現(xiàn)就地脫硝A、B側(cè)關(guān)斷門和調(diào)整門壓縮空氣供氣壓力為0，懷疑供氣壓力管凍冰，通知檢修；4時59分B側(cè)供氨關(guān)斷門變黃，5時03分A側(cè)供氨流量降至零，5時04分A、B側(cè)供氨調(diào)整門開始關(guān)閉，5時05分B側(cè)供氨流量降至0，5時07分就地打開A、B側(cè)供氨調(diào)整門旁路手動門，5時08分手動開啟A側(cè)供氨關(guān)斷門，A側(cè)供氨流量恢復正常。B側(cè)供氨關(guān)斷門掛不上檔，無法手動開啟。運行人員立即漲負荷至400MW，降低脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物濃度，并全開低氮燃燒器燃盡風門，關(guān)小主燃燒器輔助風門，加大A側(cè)噴氨量，以降低煙囪出口氮氧化物濃度。5時30分檢修人員將B側(cè)關(guān)斷門氣動頭拆下，用扳手旋轉(zhuǎn)門桿將其開啟，B側(cè)開始供氨。5時08分煙氣中氮氧化物超標排放（＞50mg/m3），5時34分恢復達標排放，小時均值未超標。

2.1.2 事件分析

為保證供氨系統(tǒng)壓縮空氣壓力穩(wěn)定，兩臺機組均于脫硝反應(yīng)器區(qū)設(shè)置壓縮空氣儲罐一臺，由廠用壓縮空氣系統(tǒng)供氣。因事件發(fā)生時為冬季，3號爐脫硝反應(yīng)器區(qū)壓縮空氣儲罐底部排污門開度較小，未能將底部積水排盡，當環(huán)境溫度降至零下時，壓縮空氣儲罐底部結(jié)冰堵塞排污門，導致壓縮空氣疏水不暢，并帶水進入氣動調(diào)整門和關(guān)斷門供氣管路，造成A、B側(cè)供氨調(diào)整門和關(guān)斷門失去控制氣源而關(guān)閉，機組氮氧化物排放超標。檢修人員用噴燈加熱壓縮空氣儲罐底部和各支管將凍冰融化，然后開大排污門將積水排盡，使壓縮空氣恢復正常供氣。

此次異常發(fā)生的根本原因在于壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計不合理，未能充分考慮冬季環(huán)境溫度降低產(chǎn)生的影響，將壓縮空氣儲罐露天設(shè)置，且未對壓縮空氣管路設(shè)置保溫及加熱設(shè)施。

2.2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥卡澀導致供氨中斷

2.2.1 事件過程

2017年4月某日12時22分，4號機組負荷400MW。運行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)脫硝A側(cè)供氨流量不隨調(diào)整門開度變化而增減，立即派人就地檢查。12時25分，脫硝A側(cè)供氨流量突然下降至9kg/h，供氨壓力變?yōu)?，就地檢查供氨關(guān)斷門、調(diào)整門、各手動門均在開啟位，且未發(fā)現(xiàn)供氨管道液氮泄漏，立即通知檢修，匯報值長。并通過手動增加B側(cè)供氨流量、全開低氮燃燒器燃盡風門、關(guān)小主燃燒器輔助風門等方法降低煙氣氮氧化物排放濃度。就地人員通過對比A、B側(cè)供氨管路自力式壓力調(diào)節(jié)閥彈簧狀態(tài)判斷A側(cè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥故障，開關(guān)取樣管手動門及敲打取樣管后未消除故障，通過敲打自立式壓力調(diào)節(jié)閥底部彈簧使其動作，閥門開啟。12時44分供氨恢復正常，A側(cè)反應(yīng)器出口氮氧化物濃度最高122mg/m3，煙囪出口最高49.48mg/m3，未超標排放。

2.2.2 事件分析

該自力式壓力調(diào)節(jié)閥為閥后壓力控制型，壓力設(shè)定值為0.1MPa，如圖2所示。閥后壓力經(jīng)取樣管輸入到執(zhí)行器的下膜室內(nèi)并作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定閥芯、閥座的相對位置，以控制閥后壓力。當閥后壓力增加時，其作用在頂盤上的作用力也隨之增加，此時頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使閥后壓力降為設(shè)定值。當閥后壓力降低時，作用方向與上述相反。檢修人員通過對A側(cè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥進行檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿附著鐵銹等異物造成卡澀，該異物產(chǎn)生的阻力大于彈簧的反作用力，使彈簧失靈，閥芯無法向遠離閥座的方向移動，閥門無法開啟，導致供氨中斷，隨后采取了清除鐵銹及噴射松動劑的處理措施。經(jīng)分析認為，閥桿產(chǎn)生鐵銹的原因為該閥門選型不合理，未能充分考慮液氨介質(zhì)的腐蝕性，閥桿長期與液氨接觸產(chǎn)生銹蝕。

圖2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥為閥后壓力控制

3 防范措施

通過對上述兩起異常事件的分析和總結(jié)，為防止在機組運行期間脫硝系統(tǒng)供氨再次中斷造成煙氣氮氧化物濃度超標，采取了如下防范措施：

（1）為壓縮空氣儲罐加蓋彩鋼瓦小屋，為各壓縮空氣管路加裝保溫設(shè)施。

（2）為壓縮空氣儲罐底部及各壓縮空氣管路加裝電伴熱線。

（3）嚴格執(zhí)行《設(shè)備定期倒換和試驗制度》，定期對壓縮空氣系統(tǒng)進行排污；當環(huán)境溫度降至零下時，開大壓縮空氣儲罐底部排污門，加強排污。

（4）加強對自力式壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)備點檢和運行巡檢，發(fā)現(xiàn)鐵銹及時清理，待機組停運時對閥門進行檢修。

4 建議

隨著國家對環(huán)境問題的監(jiān)督考核力度不斷加大，各大發(fā)電集團公司均將環(huán)境事件列至與安全生產(chǎn)事故同等重要的位置。為保證脫硝系統(tǒng)設(shè)備運行的穩(wěn)定性，杜絕設(shè)備隱患造成煙氣氮氧化物濃度超標排放，建議兩臺機組在合適時機進行設(shè)備改造，并為其他機組脫硝改造提供有益參考：

（1）將供氨氣動調(diào)整門和氣動關(guān)斷門更換為防爆型電動門。

（2）將自力式壓力調(diào)節(jié)閥更換為耐腐蝕材質(zhì)閥門。

（3）設(shè)置供氨調(diào)整門、關(guān)斷門和自力式壓力調(diào)節(jié)閥的大旁路手動門，在閥門故障供氨中斷時應(yīng)急開啟，手動調(diào)節(jié)供氨流量。

[1] 國家發(fā)展和改革委員會，國家環(huán)境保護部，國家能源局.煤電節(jié)能減排和升級改造行動計劃（2014-2020年）[Z].2014-09-12.

[2] 邢希東.燃煤機組煙氣脫硝供氨中斷原因分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016（2）：31-34.

[3] 胡立川，育群，陳裕忠，曾曉敏.脫硝供氨系統(tǒng)異常事故的分析與對策[J].發(fā)電設(shè)備， 2015，29（4）：304-307.

Causes and Countermeasures on Denitration and Ammonia Supply Interruption in Coal-fired Generating Set

WEN Da-zhui

X701 文獻標志碼：A 文章編號：1006-5377（2017）009-0053-03