600MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)氨管道堵塞原因分析及解決
摘要：某600MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生鍋爐側(cè)脫硝系統(tǒng)供氨流量下降、供氨壓力下降，脫硝出口氮氧化物含量上升的異常，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道閥門(mén)檢查發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)出現(xiàn)黑色和土黃色粘濕散發(fā)強(qiáng)烈異味的粉末狀雜質(zhì)，該雜質(zhì)堵塞了供氨系統(tǒng)閥門(mén)門(mén)芯是異常的根本原因。通過(guò)組織人員對(duì)樣品進(jìn)行初步分析并結(jié)合電科院化驗(yàn)報(bào)告確認(rèn)雜質(zhì)主要成為鐵的氧化物，認(rèn)為采用碳鋼管做為供氨管道是管道內(nèi)發(fā)生腐蝕產(chǎn)生氧化物的主要原因，而冬季過(guò)低的環(huán)境溫度影響氨氣流量是雜質(zhì)在門(mén)芯等位置積存的誘因，通過(guò)更換氨管道材質(zhì)并對(duì)供氨管道加強(qiáng)保溫解決了異常，保證了脫硝的溫度運(yùn)行，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為同類(lèi)型異常借鑒。
關(guān)鍵詞：環(huán)保排放;氮氧化物;SCR脫硝;液氨;氧化物;不銹鋼
0.引言
我國(guó)當(dāng)前的大氣環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻，區(qū)域性大氣污染問(wèn)題突出，直接影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和人民群眾身體健康。2010年我國(guó)二氧化硫、氮氧化物排放總量位居世界第一位，重點(diǎn)區(qū)域城市的二氧化硫、可吸入顆粒物年均濃度是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的2至4倍。“十二五”期間是我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化將繼續(xù)快速發(fā)展，為了切實(shí)改善定期環(huán)境質(zhì)量，降低大氣中氮氧化物的排放，國(guó)家規(guī)定加快燃煤機(jī)組低氮燃燒技術(shù)改造及脫硝設(shè)施建設(shè)、單機(jī)容量20萬(wàn)千瓦及以上、投運(yùn)年限20年內(nèi)的現(xiàn)役燃煤機(jī)組全部配套脫硝設(shè)施。
隨著國(guó)家環(huán)保部門(mén)對(duì)電力污染治理要求的不斷提高，結(jié)合中國(guó)大唐集團(tuán)公司節(jié)能減排工作的總體部署，天津大唐國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司利用大修機(jī)會(huì)對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了鍋爐脫硝改造。煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行期間，發(fā)生了因?yàn)榘惫艿辣浑s質(zhì)堵塞無(wú)法正常供氨的異常，對(duì)其原因分析及解決過(guò)程做介紹入下。
1.設(shè)備及項(xiàng)目概述
1.1機(jī)組概述
天津大唐國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司2*600MW火電機(jī)組是我國(guó)華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW亞臨界火電機(jī)組，是京津唐電網(wǎng)的主力機(jī)組。被國(guó)家計(jì)委列為1996年利用國(guó)家外匯儲(chǔ)備購(gòu)買(mǎi)國(guó)產(chǎn)發(fā)電設(shè)備發(fā)展民族工業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目。工程于1998年10月開(kāi)工，其中三號(hào)機(jī)組于2001年12月18日正式投產(chǎn)，四號(hào)機(jī)組于2002年6月5日正式投產(chǎn)。
鍋爐由哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，亞臨界、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)、控制循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐采用三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動(dòng)式四角切圓燃燒器。設(shè)計(jì)燃料為準(zhǔn)格爾煤。6套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置ZGM123型中速磨煤機(jī)，A、B磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的燃燒器裝有等離子點(diǎn)火裝置，設(shè)計(jì)上未預(yù)留脫硝系統(tǒng)安裝位置。
1.2SCR脫硝系統(tǒng)介紹
天津大唐國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司脫硝系統(tǒng)采取選擇性催化還原(SCR)法去除煙氣中NOx。還原劑采用純氨(純度≥99.6%)，由液氨槽車(chē)運(yùn)送液氨，利用卸料壓縮機(jī)，將液氨從槽車(chē)輸入液氨儲(chǔ)罐內(nèi)，并依靠自身重力和壓差將液氨儲(chǔ)罐中的液氨輸送到液氨蒸發(fā)槽內(nèi)利用輔汽提供的熱蒸發(fā)為氨氣，后經(jīng)與稀釋風(fēng)機(jī)鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合后,送達(dá)氨噴射系統(tǒng)。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來(lái)自鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置(即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間)，通過(guò)催化劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)，最終從出口煙道至鍋爐空預(yù)器，達(dá)到脫硝目的。整套脫硝裝置主要由SCR反應(yīng)區(qū)和氨站區(qū)兩個(gè)區(qū)域組成。
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脫硝系統(tǒng)布置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間的位置。根據(jù)鍋爐機(jī)組現(xiàn)狀，SCR反應(yīng)器系統(tǒng)按一臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)脫硝反應(yīng)器，煙道分兩路從省煤器后接出，經(jīng)過(guò)垂直上升后變?yōu)樗剑尤隨CR反應(yīng)器，反應(yīng)器為垂直布置，經(jīng)過(guò)脫硝以后的煙氣經(jīng)水平煙道接入空預(yù)器入口煙道。
選擇性催化還原法(SCR)是利用氨(NH3)對(duì)NOx的還原功能，使用氨氣(NH3)作為還原劑，將體積濃度為5%的氨氣通過(guò)氨注入裝置(AIG)噴入溫度為280℃-420℃的煙氣中，在催化劑作用下，氨氣(NH3)將煙氣中的NO和NO2還原成無(wú)公害的氮?dú)?N2)和水(H2O)，“選擇性”的意思是指氨有選擇的進(jìn)行還原反應(yīng)，在這里只選擇NOx還原。
催化劑是整個(gè)SCR系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，催化劑的設(shè)計(jì)和選擇是由煙氣條件、組分來(lái)確定的，影響其設(shè)計(jì)的三個(gè)相互作用的因素是NOx脫除率、NH3的逃逸率和催化劑體積。
上述脫硝反應(yīng)是在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，反應(yīng)器布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。反應(yīng)器內(nèi)裝有催化劑層，進(jìn)口煙道內(nèi)裝有氨注入裝置和導(dǎo)流板，為防止催化劑被煙塵堵塞，每層催化劑上方布置了吹灰器。SCR脫硝反應(yīng)所需的還原劑氨氣，可以通過(guò)液氨、氨水及尿素三種化學(xué)藥品獲取。在能保證藥品正常供應(yīng)的情況下，優(yōu)先選擇液氨作為還原劑。
本工程煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路，每路煙氣垂直布置的SCR反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)均流器后進(jìn)入催化劑層，每臺(tái)鍋爐配有二個(gè)SCR反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)脫硝以后的煙氣直接接入空預(yù)器入口煙道，然后經(jīng)空預(yù)器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置后，排入煙囪。在進(jìn)入煙氣催化劑前設(shè)有氨注入的系統(tǒng)，煙氣與氨氣充分混合后進(jìn)入催化劑反應(yīng)，脫去NOx。鍋爐SCR區(qū)供氨系統(tǒng)布置如下圖：
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2.脫硝系統(tǒng)SCR區(qū)供氨壓力下降分析及解決
脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，遇到了一些較為重大的難點(diǎn)問(wèn)題，盤(pán)山發(fā)電公司組織技術(shù)人員通過(guò)認(rèn)真分析，查閱資料、邀請(qǐng)電科院測(cè)試等大量工作，解決了遇到的問(wèn)題，保證了脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。
2.1異常過(guò)程及現(xiàn)象
某年冬季，鍋爐脫硝SCR系統(tǒng)發(fā)生多起管道閥門(mén)堵塞異常，主要現(xiàn)異常情況整理如下表：
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2.2雜質(zhì)樣品化驗(yàn)分析
現(xiàn)場(chǎng)檢查自立式調(diào)壓閥閥芯及后面管道中均發(fā)現(xiàn)粉末狀雜物，從異常處理過(guò)程可以看出，供氨管道中有雜物，氨氣流速降低，雜質(zhì)堵塞供氨系統(tǒng)的節(jié)流處(速關(guān)閥、定壓閥閥芯等處)，導(dǎo)致供氨不暢供氨不暢，SCR區(qū)供氨壓力下降。弄清楚雜質(zhì)來(lái)源是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
2.2.1電廠初步分析
電廠技術(shù)人員和化驗(yàn)人員對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行初步分析，結(jié)果入下。
1)外觀分析
從供氨管道和閥門(mén)中取出的雜物圖片如圖3。取出的雜質(zhì)顏色有黑色和土黃色兩種，除雜質(zhì)的干濕度有不同之外，外觀基本一致，均成粉末或結(jié)塊形狀，結(jié)塊可碾碎，均有明顯臭味和氨氣刺激味。
2)雜質(zhì)磁性分析
在電廠化驗(yàn)室通過(guò)磁鐵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該雜質(zhì)能夠被磁鐵吸附，說(shuō)明其中含有鐵物質(zhì)或鐵的氧化物;具體成分電廠不具備化驗(yàn)條件，需送至電科院進(jìn)行分析。
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(3)雜質(zhì)溶水性分析
在電廠化驗(yàn)室中，取少量雜質(zhì)溶于水中，攪拌均勻后就在水中沉淀，出現(xiàn)明顯分層，說(shuō)明該雜志不溶于水;
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2.2.2電科院分析結(jié)果
現(xiàn)場(chǎng)提取的雜質(zhì)樣品送至相關(guān)電科院進(jìn)行成分析，分析結(jié)果如下：
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3.氨管道內(nèi)產(chǎn)生異物的原因分析
盤(pán)山發(fā)電公司脫硝系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)氨氣管道堵塞的異常后，在對(duì)樣品成分進(jìn)行分析的同時(shí)也對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)脫硝系統(tǒng)的兄弟單位進(jìn)行了咨詢(xún)和調(diào)研，針對(duì)本公司的實(shí)際情況對(duì)可能的原因進(jìn)行了分析排查，采取了有針對(duì)性的措施，具體如下。
3.1液氨品質(zhì)問(wèn)題
如果采購(gòu)的液氨本身含有雜質(zhì)，那么必然會(huì)造成液氨蒸發(fā)區(qū)和氨氣管道中帶有雜質(zhì)，堵塞管道。華中某發(fā)電公司發(fā)生過(guò)因液氨品質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致氨蒸發(fā)區(qū)調(diào)整門(mén)門(mén)芯堵塞的異常，經(jīng)過(guò)更換液氨廠家，問(wèn)題得到解決。盤(pán)山發(fā)電公司一直采用同一廠家的液氨產(chǎn)品，經(jīng)廠家化驗(yàn)。液氨純度>99.6%，殘留物含量<0.04%符合要求，結(jié)合本次異常前的運(yùn)行情況，基本可以排除液氨來(lái)源問(wèn)題。
3.2管道安裝遺留物問(wèn)題
脫硝系統(tǒng)管道在安裝時(shí)均采取封堵措施、投運(yùn)前進(jìn)過(guò)吹掃和氨氣置換，有粉末狀殘留物存留的可能不大。但華東某發(fā)電廠發(fā)生過(guò)因?yàn)楣艿篮桶惫拗杏袣埩粑镞\(yùn)行中堵塞閥門(mén)門(mén)芯的異常，但取樣樣品外觀與盤(pán)山發(fā)電公司取樣樣品明顯有異，基本可以排除遺留物的問(wèn)題。
3.3管道材質(zhì)的影響
盤(pán)山發(fā)電公司氨存儲(chǔ)區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和SCR區(qū)內(nèi)主要管道設(shè)計(jì)施工上均采用碳鋼管。本次管道堵塞雜物樣品的化驗(yàn)結(jié)果也表明，碳鋼氨管道和氨發(fā)生腐蝕形成鐵的氧化物的可能性較大，同時(shí)結(jié)合某些氨泄漏事故分析結(jié)論，考慮到碳鋼的耐腐蝕性不強(qiáng)，為防止碳鋼管道因酸腐蝕尤其是焊口等高應(yīng)力部位因腐蝕而發(fā)生泄漏，公司決定利用年終機(jī)組小修機(jī)會(huì)對(duì)氨管道進(jìn)行更換。
3.4環(huán)境溫度的影響
通過(guò)對(duì)發(fā)生SCR區(qū)氨氣管道堵塞時(shí)間段的各相關(guān)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)近期恰逢秋冬交替，環(huán)境溫度出現(xiàn)明顯下降，夜間最低溫度接近于0℃。同時(shí)，SCR區(qū)氨氣管道布置在爐外露天場(chǎng)所，平臺(tái)處風(fēng)力較大，氨氣在氨蒸發(fā)器出口溫度最低在40℃以上，SCR區(qū)氨氣溫度最低降到10℃以下。環(huán)境溫度的明顯下降，供氨管道外壁結(jié)露嚴(yán)重有可能造成氨氣密度增大流速相對(duì)降低，如果氨氣管道中有一定的粉末狀雜質(zhì)，對(duì)其攜帶能力下降，極易在閥門(mén)閥芯等節(jié)流明顯的部位形成沉積，最終導(dǎo)致堵塞，出現(xiàn)供氨壓力、流量下降的異常。
4.采取的措施
基于對(duì)氨管道內(nèi)出現(xiàn)異物的可能原因分析及排除，盤(pán)山發(fā)電公司采取了如下措施：
1)向環(huán)保局申請(qǐng)退出脫硝系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)氨管道采取分段對(duì)空壓縮空氣吹掃，徹底清除管道內(nèi)雜質(zhì)及異物;
2)對(duì)SCR區(qū)供氨閥門(mén)門(mén)芯進(jìn)行疏通及清理，部分閥門(mén)更換新閥門(mén);
3)對(duì)SCR區(qū)主要管道、閥門(mén)采取加棉被等臨時(shí)保溫的措施，同時(shí)對(duì)SCR區(qū)域平臺(tái)加裝了臨時(shí)擋風(fēng)墻加強(qiáng)了保溫;并計(jì)劃利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)SCR區(qū)管道增加蒸汽伴熱系統(tǒng);
4)利用年底機(jī)組檢修會(huì)，更換了從氨罐第一道法蘭至SCR區(qū)氨氣空氣混合器之間所有的液氨、氣氨管道，更換為耐腐蝕性更好的不銹鋼管道;
5)安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)進(jìn)行對(duì)氨管道內(nèi)產(chǎn)生異常的情況跟蹤分析，并持續(xù)關(guān)注國(guó)內(nèi)兄弟單位相似情況的處理及解決方法。
通過(guò)采取上述措施，盤(pán)山發(fā)電公司脫硝系統(tǒng)氨管道內(nèi)產(chǎn)生異物堵塞管道的異常得到了控制，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常。
5.結(jié)論
燃煤發(fā)電機(jī)組采用煙氣脫硝除氮技術(shù)是降低氮氧化物排放的主要技術(shù)手段，也國(guó)家進(jìn)行霧霾治理的主要方法，但是對(duì)于火力發(fā)電企業(yè)而言，煙氣脫硝運(yùn)維技術(shù)仍屬于近幾年接觸的新型技術(shù)，成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累不足。盤(pán)山發(fā)電公司依托科研組織，組織技術(shù)力量通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、技術(shù)分析、實(shí)際試驗(yàn)等多種手段成功解決了脫硝運(yùn)行中遇到的難題，保證了煙氣脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，為大氣減排工作做出了貢獻(xiàn)。
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