盧紅書，楊志愷

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 濟南 271100）

0 引言

燃煤電廠氮氧化物的排放量是一項需要重點監(jiān)測的環(huán)保指標。傳統(tǒng)的鍋爐脫硝系統(tǒng)主要是采用液氨供氨的方式來脫除煙氣中的氮氧化物，但液氨屬于高毒、易燃、易爆的危險化學品，屬于重大危險源[1]，在生產(chǎn)現(xiàn)場布置液氨存儲裝置存在重大安全隱患。為盡快消除液氨供氨系統(tǒng)的安全隱患，華電國際萊城發(fā)電廠（以下簡稱“萊城電廠”）開展了將液氨供氨系統(tǒng)改為尿素供氨系統(tǒng)的改造工作。但自從尿素供氨系統(tǒng)投運以來，就又出現(xiàn)了管路容易堵塞、供汽汽源單一以及備用供氨管道響應速度遲緩等諸多問題，也嚴重威脅了鍋爐脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為提高尿素供氨系統(tǒng)運行的可靠性，萊城電廠又經(jīng)過實驗研究，制定了新的相應的優(yōu)化改造方案，有效解決了尿素供氨管路堵塞、汽源單一、供氨管道響應速度遲緩等問題，確保了鍋爐脫硝系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。

1 尿素供氨系統(tǒng)的設(shè)備組成與工藝流程

尿素供氨系統(tǒng)由供料系統(tǒng)、溶液制備與儲存系統(tǒng)、水解反應系統(tǒng)組成。尿素水解反應器共設(shè)有A、B、C3臺，其中，A、B反應器之間互為備用，為1號、2號機組供氨；B、C反應器之間互為備用，為3號、4號機組供氨。尿素制氨站至爐前共設(shè)有4條供氨母管，其中，1號、2號機組設(shè)有2根供氨母管；3號、4號機組設(shè)有2根供氨母管。

尿素供氨系統(tǒng)以噸袋尿素為原料，采用尿素水解制氨工藝：先將噸袋尿素拆包成尿素顆粒，再用75～80 ℃的除鹽水將尿素顆粒溶解成質(zhì)量分數(shù)為50 的尿素溶液，溶液通過溶解泵送入尿素溶液儲存罐中，儲存罐中尿素溶液經(jīng)過輸送泵送至水解反應器模塊[2]。在水解反應器內(nèi)尿素溶液在一定的壓力、溫度以及催化劑的作用下發(fā)生分解，產(chǎn)生NH3、CO2和水蒸氣[3-4]，分解出來的氨氣沿供氨母管被引至爐前氨/空混合器，并經(jīng)熱一次風稀釋后噴入脫硝選擇性催化還原SCR（selective catalytic reduction）系統(tǒng)。尿素供氨系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 尿素供氨系統(tǒng)工藝流程圖

2 尿素供氨系統(tǒng)存在的問題

萊城電廠尿素制氨系統(tǒng)自投運以來，出現(xiàn)了伴熱效果不佳、供汽汽源單一、制氨量不足以及備用供氨管道響應速度過于遲緩等諸多問題。

2.1 尿素供氨管路易結(jié)晶堵塞

尿素供氨管路發(fā)生堵塞原因主要有3種：一是保溫伴熱措施不到位，尿素溶液溫度降低引起尿素結(jié)晶析出；二是供氨混合氣體在輸送過程中，保溫伴熱措施不到位，導致供氨混合氣體物發(fā)生逆反應，生成氨基甲酸銨等物質(zhì)，堵塞供氨管道[5]；三是在脫硝系統(tǒng)停運后，未及時對供氨管道進行吹掃，脫硝系統(tǒng)再次啟動時，導致尿素供氨管路因堵塞嚴重無法投運，只能被迫進行檢修處理[6]。尿素供氨氣體產(chǎn)生結(jié)晶，不但會堵塞取樣管，導致供氨壓力、流量以及稀釋風流量指示失真，而且嚴重時還會堵塞供氨管路、閥門，導致供氨中斷引起氮氧化物超標。

2022年3月10日，4號爐尿素供氨B管路運行，在將尿素供氨A管路并運后中，發(fā)現(xiàn)尿素供氨流量、壓力均無明顯變化，初步判斷尿素供氨A管路存在堵塞現(xiàn)象。停運尿素供氨B管路后，脫硝區(qū)域兩側(cè)的尿素供氨流量分別由70 kg/h、54 kg/h降至2 4 kg/h、19 kg/h，尿素供氨壓力分別由0.43 MPa、0.50 MPa降至0.08 MPa、0.19 MPa，且繼續(xù)降低，立即恢復供氨B管路運行后，供氨流量、壓力恢復。由此，判斷肯定是尿素供氨A管路發(fā)生堵塞。檢修檢查發(fā)現(xiàn)制氨區(qū)供氨A管手動門后排污門管路結(jié)晶，情況比較嚴重。將尿素供氨A管路吹掃正常后重新并運，效果良好。

2.2 尿素供氨系統(tǒng)供汽熱源較為單一

尿素制氨系統(tǒng)的蒸汽加熱裝置是為尿素水解反應器、除鹽水加熱裝置、尿素供氨管路的伴熱提供熱源。尿素制氨系統(tǒng)投運之初，只設(shè)計了1路取自減溫減壓站的蒸汽加熱熱源，熱源較為單一，難以確保尿素制氨供汽熱源的安全性。

2.3 備用供氨管道響應速度過于遲緩

尿素制氨系統(tǒng)至爐前共設(shè)有2條供氨管路，尿素供氨系統(tǒng)投運之初選用單管路供氨方式：一路運行，另一路備用。單管路供氨方式下，若運行供氨管路出現(xiàn)異常，在備用供氨管路投運之前，至少需要提前20 min對備用管路進行充氨氣。因此，單管路供氨方式可靠性較差，環(huán)保超標風險極大。

3 尿素供氨系統(tǒng)的優(yōu)化改進

針對尿素制氨系統(tǒng)存在的問題提出了一系列優(yōu)化改進建議，以便能更好地提高尿素制氨系統(tǒng)的可靠性，確保脫硝系統(tǒng)的安全運行。

3.1 增加尿素供氨管路的沿途伴熱

尿素供氨氣體因結(jié)晶而引起的供氨管路堵塞問題是尿素制氨系統(tǒng)中最常見、最棘手的問題，為防止尿素供氨產(chǎn)生結(jié)晶堵塞供氨管路，尿素供氨管路必須要加裝良好的伴熱裝置。由于設(shè)計原因，原伴熱系統(tǒng)布置不合理，造成設(shè)備運行時伴熱不均勻、效果差。為提高伴熱效果，在原2條蒸汽伴熱管路的基礎(chǔ)上，又新增了1條伴熱管路。另外，為了便于伴熱蒸汽投運狀態(tài)的監(jiān)測，在每段伴熱管路的末端都新增加了溫度測點。

3.2 尿素供氨系統(tǒng)供汽熱源改為雙路熱源供汽方式

將尿素制氨系統(tǒng)的供汽熱源由單路供汽熱源改為雙路供汽熱源，正常運行中，尿素制備間使用減溫減壓站作為尿素供汽熱源，工業(yè)蒸汽至尿素制備間供汽管道投反暖備用。當減溫減壓站供汽異常停運時，立即投入工業(yè)供汽至尿素制備間供汽熱源，以確保尿素制備間的安全運行。

3.3 尿素供氨系統(tǒng)改為雙管路并列供氨方式

為解決備用供氨管道響應速度過于遲緩的問題，提高供氨管路的可靠性，將單管供氨方式改為了雙管并列供氨方式，使備用供氨管路始終處于良好的充氨備用狀態(tài)，并且為了防止供氨管路發(fā)生堵塞，每隔半月對尿素供氨管路進行一次供氨暢通性檢查。

4 尿素供氨系統(tǒng)的監(jiān)督與維護

為確保尿素制氨系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，消除尿素供氨系統(tǒng)的安全隱患，集控運行制定了尿素供氨管路暢通性定期檢查措施、停運吹掃措施和應急處理預案。

4.1 尿素供氨管路的暢通性定期檢查

每半月對尿素A、B供氨管道的暢通性進行一次檢查。檢驗方法如下（以1號機組為例）：聯(lián)系化學部門關(guān)閉1號、2號機組供氨管道A隔離總門，關(guān)閉1號、2號機組供氨管道B至1號爐供氨隔離門，1號、2號機組供氨管道B通過聯(lián)絡(luò)管道給1號爐供氨，若1號爐供氨連續(xù)正常，則說明1號、2號機組A、B供氨聯(lián)絡(luò)管道暢通無堵塞。

4.2 尿素供氨管路的吹掃措施

機組停運后，需短時停運一條供氨管道來對停運機組供氨管道進行正向吹掃（以1號機組停運，2號機組運行，用供氨管道A吹掃為例），具體的操作步驟有以下3方面。

第一，聯(lián)系化學部門關(guān)閉供氨管道A供氨總門。關(guān)閉供氨管道A至2號機組供氨總門，關(guān)閉供氨管道B至1號機組的供氨門，打開供氨管道A吹掃蒸汽隔離門，暢通爐前供氨管道，對整個供氨管道進行吹掃，吹掃0.5～1 h后停運。第二，管道吹掃結(jié)束后，隔離供氨管道A至停運機組的隔離門（A、B供氨管道至停運機組全部隔離），關(guān)閉吹掃蒸汽門，打開供氨管道A供氨總門，恢復運行機組2條供氨管道并運模式。第三，若同一單元的2臺機組同時停運，聯(lián)系隔離2條供氨管道，打開蒸汽吹掃門進行管道吹掃，管道吹掃完畢，不再恢復供氨。尿素供氨系統(tǒng)管路連接情況如圖2所示。

圖2 尿素供氨系統(tǒng)管路連接示意圖

4.3 尿素供氨系統(tǒng)的應急處理預案

4.3.1 出現(xiàn)單側(cè)供氨流量下降的應急處理

a）出現(xiàn)單側(cè)供氨管路堵塞時，立即開大供氨調(diào)閥，若供氨流量無變化，則立即就地打開供氨旁路門，調(diào)整供氨流量。

b）旁路門打開后供氨流量仍不足時，立即打開供氨聯(lián)絡(luò)門，開大正常供氨調(diào)閥，適當關(guān)小正常運行側(cè)逆止門后隔離門，確保兩側(cè)供氨量平衡，并聯(lián)系化學部門提高供氨壓力，將凈煙氣氮氧化物控制在50 mg/m3以下。

4.3.2 出現(xiàn)兩側(cè)供氨量同時下降的應急處理

a）立即檢查供氨、供汽壓力是否正常，同時聯(lián)系化學部門檢查制氨設(shè)備是否正常，若制氨設(shè)備出現(xiàn)問題，則切至備用制氨設(shè)備。

b）若為供氨管路出現(xiàn)堵塞，聯(lián)系化學部門將供氨倒至備用供氨管路，同時將本機組供氨切至備用供氨管路。

4.3.3 機組尿素需求量較大供氨不足時的應急處理

a）尿素供氨噴氨調(diào)閥開度持續(xù)在70 以上，立即聯(lián)系化學部門提高尿素供氨壓力，增大供氨量。

b）若化學部門提高尿素供氨壓力無效，應就地開啟供氨調(diào)閥旁路門，增大噴氨量。

c）開大旁路門，供氨量無明顯增加，存在環(huán)保超標風險時，立即將1臺機組切回液氨。

d）當尿素供氨總流量達到900 kg/h以上，經(jīng)化學調(diào)整無效，存在環(huán)保超標風險時，立即將1臺機組由尿素供氨系統(tǒng)切換至液氨供氨系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

尿素供氨系統(tǒng)投運以后，通過對尿素供氨設(shè)備的改造，對尿素供氨運行方式的優(yōu)化調(diào)整以及對尿素供氨應急處理預案的制定，排除了尿素供氨系統(tǒng)管路經(jīng)常發(fā)生堵塞的故障，大幅度降低了尿素供氨系統(tǒng)緊急切換備用供氨系統(tǒng)的次數(shù)，實現(xiàn)了尿素供氨系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定運行。機組運行中，在脫硝SCR入口氮氧化物質(zhì)量濃度400 mg/m3的情況下投入尿素供氨系統(tǒng)，基本能保證脫硝SCR出口氮氧化物質(zhì)量濃度穩(wěn)定維持在30 mg/m3。尿素供氨系統(tǒng)的投運與改進，保障了鍋爐脫硝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，同時也為下一步液氨供氨系統(tǒng)這一重大危險源的拆除工作做好了充分的準備。