神華福能發(fā)電有限責任公 福建 泉州 362712

引言

我國目前只需的火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011對NOX排放濃度做出了明確要求,NOX排放濃度不得大于100Nm3。

神福鴻電#3、#4機組的煙氣脫硝采用選擇性催化還原法(SCR)工藝,是一種干法脫硝工藝。自2015年投入商業(yè)運營后,經(jīng)常出現(xiàn)液氨蒸發(fā)槽入口管道結冰現(xiàn)象,僅2016年上半年發(fā)生結冰55次,嚴重影響設備安全,及環(huán)保指標超限。為了查明液氨蒸發(fā)槽結冰的原因,現(xiàn)場對閥門、管道、工況進行了多次排查,分析研究和試驗驗證,最終找到了結冰的主要原因和預防改進措施,并取得較好成效。

1 液氨蒸發(fā)槽結冰現(xiàn)象及原因分析

1.1 結冰現(xiàn)象描述 隨著環(huán)境溫度的升高,脫硝氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道結冰頻次增加,結冰時間集中在上午08:30-11:30機組快速升負荷階段,蒸發(fā)槽工作壓力在0.25MPa-0.32MPa最易出現(xiàn)結冰現(xiàn)象,結冰位置均出現(xiàn)在蒸發(fā)槽入口調(diào)閥后管道上。

1.2 結冰原理分析 液氨蒸發(fā)槽入口管道結冰,最初分析液氨含水量超標導致,通過化驗班取樣分析化驗結果表明液氨品質(zhì)合格,因此判斷,此結冰現(xiàn)象并非液氨含水量超標所致。那為什么結冰位置偏偏出現(xiàn)在入口調(diào)閥后管道呢?要想弄清楚這個問題,我們首先得了解流體力學中“焦湯節(jié)流膨脹原理”。

焦湯節(jié)流膨脹原理——高壓流體經(jīng)過小孔或者閥門受一定阻礙后向低壓膨脹的過程稱為節(jié)流膨脹。絕熱條件下,氣體由穩(wěn)定的高壓一側(cè)經(jīng)過多孔塞流到穩(wěn)定的低壓一側(cè)的過程。節(jié)流膨脹可能會導致制冷或制熱效應。

1852年,焦耳和湯姆遜設計了一個節(jié)流膨脹實驗,使溫度為T1的氣體在一個絕熱的圓筒中由給定的高壓p1經(jīng)過多孔塞(如棉花、軟木塞等)緩慢地向低壓p2膨脹。多孔塞兩邊的壓差維持恒定。膨脹達穩(wěn)態(tài)后,測量膨脹后氣體的溫度T2。他們發(fā)現(xiàn),在通常的溫度T1下,許多氣體(氫和氦除外)經(jīng)節(jié)流膨脹后都變冷(T2

1.3 液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)節(jié)門后管道結冰原因 當液氨儲罐向液氨蒸發(fā)槽輸送介質(zhì)液氨的過程中,流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進氨調(diào)節(jié)門時產(chǎn)生節(jié)流,當液氨接近調(diào)門孔口,截面積急劇縮小,流速急劇增大,壓力瞬間變大;而經(jīng)過調(diào)門后,截面積又迅速擴大,流速降低,壓力同時瞬間變小,忽略摩擦等能量損失不計,因此,液氨流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后瞬間減壓蒸發(fā),汽化吸熱,使調(diào)節(jié)閥后管道溫度驟降,導致管道外環(huán)境中的空氣結露并凝結成冰,這就是流體力學中的膨脹現(xiàn)象。因此,液氨蒸發(fā)槽進氨調(diào)節(jié)門后管道段結冰,調(diào)節(jié)閥之前到氣動關斷門的管道是不會結冰的。理論上,液氨流經(jīng)調(diào)閥的瞬間,門后管道中的流動介質(zhì)已不再是單純的液氨了,而是液氨與少量氣氨的氨氣混合物。而管道外的溫度要比管道內(nèi)的液氨溫度高出很多,所以,節(jié)流膨脹過程中的吸熱量基本都是來自管道外部的空氣,再加之入夏以來我公司機組增加負荷大多集中在上午氣溫較高時段,這也恰好印證了上面所提到的調(diào)查結論,所以,氨區(qū)進氨管道頻繁結冰也就可以理解了。

同時,如果購買的液氨質(zhì)量不好,含有雜質(zhì),在管道輸送過程中可能會產(chǎn)生以下氧化物等雜物,長時間沉寂下來會導致管道后閥門堵塞,加速節(jié)流膨脹,就更容易結冰了。

2 控制措施

2.1 確保液氨品質(zhì) 嚴格審查液氨品質(zhì),確認液氨品質(zhì)合格后再開展卸氨工作。

2.2 定期對液氨管道進行吹掃維護 制訂定期工作制度,對供氨管道進行定期吹掃維護,清除管道內(nèi)壁、閥門閥芯處積累的雜質(zhì)。

2.3 取消脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽入口調(diào)閥,將調(diào)閥安裝在蒸發(fā)槽出口管道優(yōu)點:可徹底消除介質(zhì)流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進氨調(diào)節(jié)門時產(chǎn)生的節(jié)流膨脹從而避免結冰。

缺點:技改資金投入大,技改時需進行單臺氨蒸發(fā)槽隔離,檢修期間單臺蒸發(fā)槽運行,風險增加,技改需動火工作增加氨區(qū)風險隱患。

2.4 在不影響供氨的前提下,加大調(diào)節(jié)閥后管道直徑,緩解節(jié)流膨脹影響 優(yōu)點:增加液氨調(diào)節(jié)閥后緩存空間,緩解節(jié)流脹差從而降低管道結冰的可能。

缺點:技改時需進行單臺氨蒸發(fā)槽隔離,檢修期間單臺蒸發(fā)槽運行存在較大風險,技改需動火工作增加氨區(qū)風險隱患。

2.5 提高脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽出口壓力 優(yōu)點:在機組增加噴氨量時,氨氣緩沖罐緩存壓力充足避免氣壓驟降,從而降低液氨通過調(diào)閥后的節(jié)流膨脹。

缺點:如不按照設備規(guī)范盲目提高氨區(qū)蒸發(fā)槽運行壓力,有較大安全隱患。

3 控制成效

3.1 提高蒸發(fā)槽工作壓力成效說明 2016年6月20日3號機啟動,后投入脫硝系統(tǒng),半日內(nèi)氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道即結冰多次,經(jīng)與專業(yè)溝通將液氨蒸發(fā)槽工作壓力由0.42MPa提高至0.48MPa投入調(diào)閥自動,經(jīng)過觀察#3、#4號機多次大范圍升負荷增大噴氨量,液氨蒸發(fā)槽出口壓力在一定幅度降低后,壓力即可回升至設定壓力,氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道未出現(xiàn)結冰現(xiàn)象。通過二十天的觀察得到論證,合理提高液氨蒸發(fā)槽工作壓力可有效解決氨區(qū)液氨管道結冰問題。

3.2 脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽入口調(diào)閥技術改造說明 神福鴻電,2016年08月、12月分兩次對脫硝氨區(qū)A/B液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥技術改造,改造主要內(nèi)容,取消液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥,增加液氨蒸發(fā)槽出口調(diào)閥,改造目的旨在消除液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥對液氨節(jié)流的影響,避免節(jié)流膨脹的發(fā)生。通過對調(diào)閥的技術改造,神福鴻電自改造后至今未發(fā)生氨區(qū)液氨管道結冰現(xiàn)象。

4 結論

通過分析實踐得出結論,影響脫硝氨區(qū)液氨管道結冰的主要因素是,液氨儲罐向液氨蒸發(fā)槽輸送介質(zhì)液氨的過程中,流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進氨調(diào)節(jié)門時產(chǎn)生節(jié)流膨脹,液氨流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后瞬間減壓蒸發(fā),汽化吸熱,使調(diào)節(jié)閥后管道溫度驟降,導致管道外環(huán)境中的空氣結露并凝結成冰。根據(jù)結冰現(xiàn)象及原因分析制定有效控制措施:通過提高液氨蒸發(fā)槽工作壓力及取消液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥消除節(jié)流膨脹影響均可徹底解決脫硝氨區(qū)液氨管道結冰問題。