菅春樹
(天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司,天津 301900)
SCR煙氣脫硝技術(shù)是目前燃煤發(fā)電廠脫硝的主流技術(shù),其采用氨氣作為還原劑,在催化劑的作用下,將氮氧化物還原成氮氣和水,從而達到脫硝的目的。目前,SCR脫硝制氨技術(shù)主要有兩種:一種是采用液氨法;另一種是采用尿素法。尿素制氨技術(shù)主要有尿素熱解、普通尿素水解和尿素催化水解。由于液氨作為脫硝還原劑存在較大的安全隱患,以防范重特大事故為重點加強對危險化學(xué)品的分級管控,因而城市周邊的電廠,尤其是燃煤發(fā)電廠,采用尿素制氨技術(shù)已成為共識。由于尿素催化制氨反應(yīng)速度快、能耗低、副產(chǎn)品物少等優(yōu)點已經(jīng)作為電廠首先方案。2017年為落實集團要求,加強對危險化學(xué)品的分級管控,實施了脫硝還原劑由液氨改尿素催化水解技術(shù)制氨工程,項目于2018年8月份投入運行。項目經(jīng)過在實際中不斷改進和完善,目前整體系統(tǒng)在2X600MW機組運行中穩(wěn)定。工藝結(jié)構(gòu)可以在其它機組改造中加以借鑒。
尿素催化水解制氨流程為:將儲存于尿素儲存間的袋裝尿素人工拆包,拆包后的尿素經(jīng)斗提機輸送到溶解罐里。用除鹽水經(jīng)蒸汽換熱器加熱將尿素顆粒溶解成40%~50%質(zhì)量濃度的尿素溶液,再通過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐。尿素溶液儲存罐里的尿素溶液利用蒸汽換熱器加熱對其進行保溫,溫度維持在40~50℃。溶液罐里的尿素溶液通過溶液輸送泵持續(xù)送至催化水解反應(yīng)器,進行水解產(chǎn)生氨氣。加熱蒸汽疏水回收至疏水箱。尿素溶液經(jīng)由尿素溶液輸送高流量泵根據(jù)汽側(cè)壓力等控制進入水解反應(yīng)器,利用蒸汽對其進行加熱水解,水解產(chǎn)生出來的含氨氣流經(jīng)流量調(diào)節(jié)模塊分配后進入氨空氣混合器被熱的稀釋空氣稀釋后,產(chǎn)生濃度小于5%的氨氣進入氨氣—煙汽混合系統(tǒng),并由氨噴射系統(tǒng)噴入SCR反應(yīng)塔內(nèi).。
兩臺水解器設(shè)計共用一個材質(zhì)316L出口母管,產(chǎn)品汽輸送管采用套管伴熱方式進行伴熱防止系統(tǒng)結(jié)晶,在產(chǎn)品汽輸送管外面套裝材質(zhì)為碳鋼的蒸汽管,蒸汽管外再加上絕熱保溫棉工藝。工作時輔助蒸汽從產(chǎn)品汽管外和加套管內(nèi)通過,蒸汽直接加熱產(chǎn)品汽管。蒸汽從夾套管上部引入,冷凝水由套管下部排出,冷凝水管在套管根部設(shè)置一次隔斷門,冷凝水進入冷凝水收集管回疏水箱中二次利用,在實際投入運行時從管廊架至地面上的疏水閥管道內(nèi)積存較多冷凝液,出現(xiàn)伴熱溫度低,且冬季頻繁出現(xiàn)豎直疏水管與二次手動門處凍固焊口結(jié)冰開裂;疏水閥疏水不暢,導(dǎo)致疏水大量積存,故障疏水閥直接排出蒸汽,增加了蒸汽的耗量;在豎直疏水管道安裝DN32截止閥,管道內(nèi)的殘留雜質(zhì),堵塞管路導(dǎo)致疏水閥無法疏水和流通蒸汽;套管式伴熱,伴熱蒸汽170℃左右,產(chǎn)品汽在138℃左右,兩種不同材質(zhì)管道熱縮性不一致,造成產(chǎn)品管道拉長變形嚴重出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,疏水箱內(nèi)出現(xiàn)了氨水味。兩臺水解器出口公用一根母管給兩臺機組供氨,非單元制設(shè)計。一臺機組停運后,無法實現(xiàn)吹掃。為解決上述問題,在機組檢修時對產(chǎn)品汽輸送管道結(jié)構(gòu)進行單元制改造,每臺水解器對應(yīng)一臺機組,單元母管之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)門。對產(chǎn)品汽管道伴熱改造為伴熱管鋪設(shè)。與產(chǎn)品汽及尿素溶液接觸閥門內(nèi)漏或雜物卡澀,產(chǎn)品汽管道吹掃管道閥門內(nèi)漏,產(chǎn)品汽體進入吹掃蒸汽管道內(nèi)使材質(zhì)差的閥門、管道腐蝕泄漏。蒸汽吹掃管道設(shè)計母管一個,分支引出到底部排污管道吹掃、表面排污吹掃、尿素溶液輸送管道吹掃,全部混用蒸汽母管造成產(chǎn)品汽互通,造成薄弱點泄漏。尿素溶液輸送管道排污排管與水解器加熱管道疏水管聯(lián)通,在與尿素溶液連接閥門內(nèi)漏時會造成了疏水管道結(jié)晶堵塞問題。尿素顆粒物含有雜質(zhì)以及同時人工拆卸袋子時加裝尿素顆粒。把水泥地面上雜質(zhì)也隨尿素顆粒一同送入溶解罐中,細小顆粒部分進入尿素水解器中,部分雜物沉積水解器底部;還有部分雜物隨產(chǎn)品器進入管道,粘結(jié)在閥門球體和閥體。顆粒物造成閥門卡澀無法開關(guān)或關(guān)閉不嚴。產(chǎn)品汽母管至3、4號機組出口手動門、聯(lián)絡(luò)門、事故排放閥門等發(fā)生過卡澀,嚴重影響設(shè)備安全和環(huán)保事件。針對閥門內(nèi)漏及顆粒雜物問題,廠內(nèi)決定所有與尿素水解產(chǎn)品汽以及尿素溶液接觸的閥門材質(zhì)采用2205及以上等級的不銹鋼。人工溶解尿素顆粒物加裝吸料機及鋪設(shè)鐵板槽,尿素溶解罐制作了罐裝車接口管道,盡快能減少雜質(zhì)隨尿素顆粒進入尿素溶液中。機組負荷高,水解器出力大時,適當增加水解器排污時間和排污次數(shù)。機組負荷低,水解器出力小時,適當減少水解器排污時間和排污次數(shù)。水解器蒸汽管道排污管與尿素溶液疏送管排污實現(xiàn)單獨鋪設(shè)。杜絕蒸汽與氨氣互通腐蝕。
尿素水解區(qū)域內(nèi)沒有設(shè)置氨汽吸收系統(tǒng),事故狀態(tài)下氨汽主要排放至地坑中,造成地坑四周環(huán)境中氨味較大。制作氨氣吸收罐、連接管道和噴淋水管。水解器安全門排放管道連接至氨汽吸收罐。當出現(xiàn)異常時,氨氣排入氨汽吸收罐,當吸收罐內(nèi)溫度達到30℃時,自動開啟噴淋,大量消防水噴出吸收氨氣。含氨廢水通過氨氣吸收罐的溢流水管排出,進入廢水坑。
水解器加熱后疏水、溶解罐、儲存罐、產(chǎn)品汽管道伴熱疏水全部進入疏水箱,疏水由于溫度高于100℃,會全部從疏水箱排氣管排入大氣,在冬季排出蒸汽特別明顯,熱量損耗較大。對于疏水箱排空管冒蒸汽問題,公司技術(shù)人員對排空管口進行改造,將管引向上至屋頂,并設(shè)置不銹鋼水箱,冷凝水回至排汽管豎直管段。對蒸汽進行降溫冷凝,回收至疏水箱。改造后,通過疏水箱排空管排放的蒸汽約減少了很多,但不能實現(xiàn)全部蒸汽的回收。新建系統(tǒng)電廠可以考慮實現(xiàn)各路疏水單獨進入疏水箱,至少將溶解罐、水解器、尿素水解車間伴熱疏水三路分開,并在各支路上設(shè)隔離門,以方便檢修檢查。
兩臺水解器在檢修時,需要對水解器內(nèi)尿素溶液從底部排污管道排盡。近年電廠控制總排水口廢水氨氮指標??刂扑馄鲝U液和檢修時罐內(nèi)溶液進入總排口水中,在水解器的底部排污管引支管進入催化劑罐,臨時收集排放尿素溶液等待檢修后通過泵打回水解器內(nèi)或直接打入另一臺水解器內(nèi)。
隨著對尿素催化水解制氨技術(shù)工藝不斷完善升級,現(xiàn)場設(shè)備檢修頻率降低了,運行參數(shù)在保持在正常狀態(tài),整體系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定?;旧辖鉀Q了尿素水解處理系統(tǒng)運行中管道出現(xiàn)結(jié)晶、堵塞、閥門卡澀、檢修困難等問題。系統(tǒng)滿足地標控制NOx排放指標需求、改善當?shù)丨h(huán)境、承擔社會責任。同時對原有還原劑制備系統(tǒng)將要進行改造尿素水解系統(tǒng)的燃煤電廠提供借鑒經(jīng)驗。