邵國奇

摘 要：羅定電廠（廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司）鍋爐超低排放脫硝系統(tǒng)采用SCR工藝，即選擇性催化還原工藝，指還原劑（NH3、尿素等）在催化劑的作用下，選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和水。SCR脫硝工藝是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，其是一種爐后脫硝。羅定電廠采用氨氣作為還原劑，利用新型尿素催化水解設(shè)備制備，實(shí)時(shí)產(chǎn)生氨氣，實(shí)時(shí)消耗，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，安全可靠。但是，該系統(tǒng)在投運(yùn)后一段時(shí)間，氨氣系統(tǒng)管道、閥門等均出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。為有效解決氨氣系統(tǒng)堵塞問題，本文深入分析了堵塞的原因，并提出處置措施。

關(guān)鍵詞：SCR脫硝系統(tǒng);管道和閥門堵塞;原因

中圖分類號：X773文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2019）14-0063-03

Cause Analysis and Disposal Measures of Pipeline and Valve Blockage in SCR Denitrification System for Ammonia Production by Urea Hydrolysis in Luoding Power Plant

SHAO Guoqi

（Guangdong Yuelong Power Generation Co.， Ltd.，Yunfu Guangdong 527217）

Abstract： The ultra-low emission denitrification system of the Luoding Power Plant（ Guangdong Yulong Power Generation Co.， Ltd.） uses the SCR process， that is， the selective catalytic reduction process， which means that the reducing agent（NH3， urea， etc.） is under the action of a catalyst. The selective reduction reaction with NOx in the flue gas produces N2 and water. SCR denitrification process is the most mature smoke denitrification technology at present. It is a kind of post-furnace denitrification. In Luoding Power Plant， ammonia gas was used as reducing agent， and a new type of urea catalytic hydrolysis equipment was used to produce ammonia gas in real time， which could be consumed in real time and run economically， safely and reliably. However， after the system was put into operation， the ammonia gas system pipes and valves all appeared to be blocked， causing environmental protection emission control to be difficult. In order to effectively solve the problem of blockage in ammonia system， the causes of blockage were analyzed in depth， and the disposal measures were put forward.

Keywords： SCR denitrification system;pipeline and valve blockage;reasons

1 基于尿素水解制備氨氣的SCR脫硝系統(tǒng)及工藝流程

1.1 系統(tǒng)介紹

羅定電廠于2004年建成投產(chǎn)，鍋爐為DG420/13.7-II2型（配置135MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)），П型、單爐膛、固態(tài)排渣、一次中間再熱、管式空氣預(yù)熱器、超高壓自然循環(huán)汽包爐。采用中間儲倉式低氧爐煙熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)。2012年，鍋爐進(jìn)行了無煙煤改燒煙煤技術(shù)改造。2017年，進(jìn)行超低排放改造，燃燒器采用扭曲板型煤粉濃縮器，四角布置，切圓燃燒。

羅定電廠原脫硝系統(tǒng)采用爐內(nèi)SNCR+SCR尿素溶液直噴式工藝系統(tǒng)，2017年進(jìn)行超低排放技術(shù)改造后，采用SCR旁路煙道氨氣脫硝工藝，脫硝效率顯著提高、運(yùn)行維護(hù)簡單。原爐內(nèi)SNCR保留作為備用設(shè)備，SCR拆除。脫硝SCR工藝為選擇性催化還原，是指還原劑（NH3、尿素等）在催化劑的作用下，選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和水。SCR技術(shù)是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，其是一種爐后脫硝，對于鍋爐本體內(nèi)部設(shè)備安全運(yùn)行無影響。SCR工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、尿素催化水解系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)和尿素溶液制備系統(tǒng)等組成[1]。尿素催化水解系統(tǒng)分為水解反應(yīng)系統(tǒng)、尿素溶液供給系統(tǒng)、蒸汽供給系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、除鹽水系統(tǒng)、催化劑給料系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、伴熱系統(tǒng)及測量和控制系統(tǒng)。其中，水解系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2個(gè)水解器罐，正常運(yùn)行時(shí)1臺運(yùn)行1臺備用。在氨氣系統(tǒng)與煙氣混合前的氨氣側(cè)管道上裝有一支阻火器，用以防止氨氣爆燃。

1.2 SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程

由尿素溶液制備系統(tǒng)制備的尿素溶液被送入尿素催化水解器，在加熱蒸汽和催化劑的作用下發(fā)生水解反應(yīng)，催化劑的作用是改變反應(yīng)路徑、加快反應(yīng)速率和降低響應(yīng)時(shí)間。水解產(chǎn)生的氨氣與空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)混合均勻，通過噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中，SCR反應(yīng)器安裝3層催化劑，充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，去除NOx。脫硝系統(tǒng)的化學(xué)原理及反應(yīng)方程式如下[2]。

水解過程為：

NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

吸收過程為：

4NO+4NH3+O2=N2+ 6H2ONO ? ? ? ? ? ?（2）

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2ONO2 ? ? ? ? ? ? ?（3）

SCR（脫硝系統(tǒng)）催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（>450℃）時(shí)，催化劑會加速老化;當(dāng)溫度低于290℃時(shí)，在同一催化劑的作用下，另一反應(yīng)也會發(fā)生，反應(yīng)方程式如下。

2SO2+O2→2SO3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

NH3+H2O+SO3→NH4HSO4 ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

NH4HSO4黏性大，易黏結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，只有催化劑環(huán)境的煙氣溫度在295～430℃時(shí)，方允許啟動脫硝。

2 SCR脫硝系統(tǒng)管道閥門堵塞及其原因

2.1 管道閥門堵塞現(xiàn)象

2017年，羅定電廠SCR脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行，整體煙氣脫硝效果良好，脫硝效率高，運(yùn)行操作簡單，維護(hù)成本低，具有相當(dāng)優(yōu)勢。但是，在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，氨氣制備和輸送系統(tǒng)多次出現(xiàn)系統(tǒng)管道堵塞、閥門內(nèi)漏或卡死等現(xiàn)象。特別是在脫硝系統(tǒng)停運(yùn)后再次啟動時(shí)，堵塞現(xiàn)象更為明顯，只能停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行檢修解決。由此，引發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、環(huán)保排放不易控制等一系列問題，給機(jī)組正常運(yùn)行帶來困擾，同時(shí)也增加了設(shè)備維護(hù)工作量。通過多次對系統(tǒng)管道、閥門等進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：管道內(nèi)有積水，閥門內(nèi)部存在結(jié)晶體，且附著不明雜質(zhì)，固態(tài)異物堵塞阻火器濾網(wǎng)[3]。

2.2 堵塞原因

通過對上述問題進(jìn)行深入分析，同時(shí)查閱相關(guān)資料，初步得出造成系統(tǒng)堵塞或系統(tǒng)設(shè)備無法正常工作的原因主要有以下幾點(diǎn)。

2.2.1 設(shè)計(jì)缺陷。脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)有蒸汽伴熱系統(tǒng)和蒸汽吹掃系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)原因，伴熱系統(tǒng)布置不合理，蒸汽汽源單一，造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)伴熱不均勻、效果差，設(shè)備停運(yùn)后，系統(tǒng)無伴熱汽源。當(dāng)再次投運(yùn)時(shí)，系統(tǒng)管道內(nèi)氨氣和水蒸汽產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，大量凝結(jié)水聚集在管道內(nèi)，造成堵塞。另外，氨氣管道的蒸汽吹掃安排在機(jī)組停運(yùn)過程中進(jìn)行，吹掃后的蒸汽直接通過氨氣噴射系統(tǒng)噴入鍋爐煙道內(nèi)，不允許排到外界環(huán)境中，這就造成系統(tǒng)管道內(nèi)的雜質(zhì)隨蒸汽流動，最后堆積在阻火器等設(shè)備內(nèi)部造成堵塞。

2.2.2 雜質(zhì)影響。尿素水解制氨過程中，尿素純度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定等，造成反應(yīng)過程中伴有雜質(zhì)產(chǎn)生，此雜質(zhì)主要成分為氨基甲酸銨。氨基甲酸銨在一定壓力和溫度條件下會產(chǎn)生結(jié)晶析出。因此，在氨氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)壓力和溫度達(dá)到結(jié)晶析出臨界點(diǎn)時(shí)，氨基甲酸銨結(jié)晶析出并黏結(jié)在閥門閥芯、阻火器等部位，造成堵塞[4]。另外，高濃度的尿素溶液受熱容易生成難溶于水的縮二脲及其他縮合物，這也是造成尿素水解系統(tǒng)易被堵塞的原因之一。

2.2.3 設(shè)備選型不合理。管道、閥門設(shè)計(jì)選型時(shí)未充分考慮尿素水解運(yùn)行及氨氣輸送特性，造成所選用管道、閥門不能長期在此條件下正常工作。

2.2.4 運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)。水解器在正常備用時(shí)，未對備用水解器溫度、壓力等進(jìn)行有效監(jiān)控和調(diào)整，導(dǎo)致溫度、壓力等參數(shù)未保持在規(guī)定范圍內(nèi)，進(jìn)而造成系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)晶物。另外，對水解器定期排污工作安排不合理，操作、執(zhí)行不到位，造成水解系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)不能及時(shí)排走，長時(shí)間運(yùn)行后雜質(zhì)沉積堵塞系統(tǒng)。

3 處置措施

3.1 伴熱系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)，采用了多源式蒸汽伴熱系統(tǒng)汽源接入方式，使汽源運(yùn)行方式靈活，滿足在機(jī)組調(diào)峰情況下供汽穩(wěn)定性要求。改善伴熱系統(tǒng)效果，通過增加導(dǎo)熱泥、修復(fù)保溫層、合理選擇保溫材料、優(yōu)化伴熱系統(tǒng)安裝方式等，保證蒸汽伴熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。同時(shí)，對于一些不易安裝蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)備，采用靈活性較好的電伴熱方式，以達(dá)到最佳效果。

3.2 建立標(biāo)準(zhǔn)制度

完善蒸汽吹掃制度，制定氨氣系統(tǒng)蒸汽吹掃操作標(biāo)準(zhǔn)，建立監(jiān)督機(jī)制，使蒸汽吹掃工作落實(shí)到位。制定定期工作標(biāo)準(zhǔn)，如水解器的定期切換、水解器表面與底部定期排污等標(biāo)準(zhǔn)，使工作人員按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。建立設(shè)備停運(yùn)后定期維護(hù)的工作臺賬，以對停運(yùn)后的管道、閥門、阻火器等進(jìn)行必要的檢查與清理。

3.3 合理選用設(shè)備

對氨氣系統(tǒng)管道、閥門進(jìn)行更換或升級，選用適用于氨氣系統(tǒng)的波紋管截止閥、抗腐蝕性良好的尿素級316L和25—22—2材質(zhì)管道等[5]，以從源頭上解決問題。

3.4 加強(qiáng)技術(shù)改造

在系統(tǒng)設(shè)備如水解器出口管道等重要部位加裝合適的過濾裝置，及時(shí)過濾雜質(zhì)，減少或避免雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，并定期清洗濾網(wǎng)。選擇合適的阻火器，使之滿足運(yùn)行要求。阻火器采用冗余運(yùn)行方式，運(yùn)行時(shí)可切換并進(jìn)行檢修清理，進(jìn)而降低阻火器堵塞對系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。此外，還要及時(shí)了解行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果，適時(shí)吸納新技術(shù)、新應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過查閱資料，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，羅定電廠脫硝系統(tǒng)堵塞原因已明確。同時(shí)，通過對改進(jìn)、防范措施的嚴(yán)格落實(shí)，羅定電廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提高，管道堵塞及閥門卡漏問題已經(jīng)得到有效控制和解決，電廠安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保合法合規(guī)運(yùn)行也得到有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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