600MW機組SCR脫硝系統(tǒng)氨管道堵塞原因分析及解決

摘要：某600MW機組脫硝系統(tǒng)運行中發(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，對現(xiàn)場管道閥門檢查發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)出現(xiàn)黑色和土黃色粘濕散發(fā)強烈異味的粉末狀雜質(zhì)，該雜質(zhì)堵塞了供氨系統(tǒng)閥門門芯是異常的根本原因。通過組織人員對樣品進行初步分析并結(jié)合電科院化驗報告確認(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，而冬季過低的環(huán)境溫度影響氨氣流量是雜質(zhì)在門芯等位置積存的誘因，通過更換氨管道材質(zhì)并對供氨管道加強保溫解決了異常，保證了脫硝的溫度運行，相關(guān)經(jīng)驗可為同類型異常借鑒。

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

我國當(dāng)前的大氣環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻，區(qū)域性大氣污染問題突出，直接影響經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和人民群眾身體健康。2010年我國二氧化硫、氮氧化物排放總量位居世界第一位，重點區(qū)域城市的二氧化硫、可吸入顆粒物年均濃度是歐美發(fā)達國家的2至4倍。“十二五”期間是我國全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化將繼續(xù)快速發(fā)展，為了切實改善定期環(huán)境質(zhì)量，降低大氣中氮氧化物的排放，國家規(guī)定加快燃煤機組低氮燃燒技術(shù)改造及脫硝設(shè)施建設(shè)、單機容量20萬千瓦及以上、投運年限20年內(nèi)的現(xiàn)役燃煤機組全部配套脫硝設(shè)施。

隨著國家環(huán)保部門對電力污染治理要求的不斷提高，結(jié)合中國大唐集團公司節(jié)能減排工作的總體部署，天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司利用大修機會對兩臺機組進行了鍋爐脫硝改造。煙氣脫硝系統(tǒng)運行期間，發(fā)生了因為氨管道被雜質(zhì)堵塞無法正常供氨的異常，對其原因分析及解決過程做介紹入下。

1.設(shè)備及項目概述

1.1機組概述

天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司2*600MW火電機組是我國華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW亞臨界火電機組，是京津唐電網(wǎng)的主力機組。被國家計委列為1996年利用國家外匯儲備購買國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備發(fā)展民族工業(yè)的試點項目。工程于1998年10月開工，其中三號機組于2001年12月18日正式投產(chǎn)，四號機組于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。鍋爐采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動式四角切圓燃燒器。設(shè)計燃料為準(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，A、B磨煤機對應(yīng)的燃燒器裝有等離子點火裝置，設(shè)計上未預(yù)留脫硝系統(tǒng)安裝位置。

1.2SCR脫硝系統(tǒng)介紹

天津大唐國際盤山發(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%)，由液氨槽車運送液氨，利用卸料壓縮機，將液氨從槽車輸入液氨儲罐內(nèi)，并依靠自身重力和壓差將液氨儲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)機鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合后,送達氨噴射系統(tǒng)。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來自鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進入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)，通過催化劑進行脫硝反應(yīng)，最終從出口煙道至鍋爐空預(yù)器，達到脫硝目的。整套脫硝裝置主要由SCR反應(yīng)區(qū)和氨站區(qū)兩個區(qū)域組成。

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)鍋爐機組現(xiàn)狀，SCR反應(yīng)器系統(tǒng)按一臺機組配置兩臺脫硝反應(yīng)器，煙道分兩路從省煤器后接出，經(jīng)過垂直上升后變?yōu)樗?，接入SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器為垂直布置，經(jīng)過脫硝以后的煙氣經(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還原成無公害的氮氣(N2)和水(H2O)，“選擇性”的意思是指氨有選擇的進行還原反應(yīng)，在這里只選擇NOx還原。

催化劑是整個SCR系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，催化劑的設(shè)計和選擇是由煙氣條件、組分來確定的，影響其設(shè)計的三個相互作用的因素是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)過均流器后進入催化劑層，每臺鍋爐配有二個SCR反應(yīng)器，經(jīng)過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)機和脫硫裝置后，排入煙囪。在進入煙氣催化劑前設(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：

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)運行中，遇到了一些較為重大的難點問題，盤山發(fā)電公司組織技術(shù)人員通過認(rèn)真分析，查閱資料、邀請電科院測試等大量工作，解決了遇到的問題，保證了脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定達標(biāo)運行。

2.1異常過程及現(xiàn)象

某年冬季，鍋爐脫硝SCR系統(tǒng)發(fā)生多起管道閥門堵塞異常，主要現(xiàn)異常情況整理如下表：

2.2雜質(zhì)樣品化驗分析

現(xiàn)場檢查自立式調(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)來源是解決問題的關(guān)鍵。

2.2.1電廠初步分析

電廠技術(shù)人員和化驗人員對雜質(zhì)進行初步分析，結(jié)果入下。

1)外觀分析

從供氨管道和閥門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

在電廠化驗室通過磁鐵試驗，發(fā)現(xiàn)該雜質(zhì)能夠被磁鐵吸附，說明其中含有鐵物質(zhì)或鐵的氧化物;具體成分電廠不具備化驗條件，需送至電科院進行分析。

(3)雜質(zhì)溶水性分析

在電廠化驗室中，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，說明該雜志不溶于水;

2.2.2電科院分析結(jié)果

現(xiàn)場提取的雜質(zhì)樣品送至相關(guān)電科院進行成分析，分析結(jié)果如下：

3.氨管道內(nèi)產(chǎn)生異物的原因分析

盤山發(fā)電公司脫硝系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)氨氣管道堵塞的異常后，在對樣品成分進行分析的同時也對已經(jīng)投產(chǎn)脫硝系統(tǒng)的兄弟單位進行了咨詢和調(diào)研，針對本公司的實際情況對可能的原因進行了分析排查，采取了有針對性的措施，具體如下。

3.1液氨品質(zhì)問題

如果采購的液氨本身含有雜質(zhì)，那么必然會造成液氨蒸發(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)生過因液氨品質(zhì)問題導(dǎo)致氨蒸發(fā)區(qū)調(diào)整門門芯堵塞的異常，經(jīng)過更換液氨廠家，問題得到解決。盤山發(fā)電公司一直采用同一廠家的液氨產(chǎn)品，經(jīng)廠家化驗。液氨純度>99.6%，殘留物含量<0.04%符合要求，結(jié)合本次異常前的運行情況，基本可以排除液氨來源問題。

3.2管道安裝遺留物問題

脫硝系統(tǒng)管道在安裝時均采取封堵措施、投運前進過吹掃和氨氣置換，有粉末狀殘留物存留的可能不大。但華東某發(fā)電廠發(fā)生過因為管道和氨罐中有殘留物運行中堵塞閥門門芯的異常，但取樣樣品外觀與盤山發(fā)電公司取樣樣品明顯有異，基本可以排除遺留物的問題。

3.3管道材質(zhì)的影響

盤山發(fā)電公司氨存儲區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和SCR區(qū)內(nèi)主要管道設(shè)計施工上均采用碳鋼管。本次管道堵塞雜物樣品的化驗結(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，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組小修機會對氨管道進行更換。

3.4環(huán)境溫度的影響

通過對發(fā)生SCR區(qū)氨氣管道堵塞時間段的各相關(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，SCR區(qū)氨氣管道布置在爐外露天場所，平臺處風(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降低，如果氨氣管道中有一定的粉末狀雜質(zhì)，對其攜帶能力下降，極易在閥門閥芯等節(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

基于對氨管道內(nèi)出現(xiàn)異物的可能原因分析及排除，盤山發(fā)電公司采取了如下措施：

1)向環(huán)保局申請退出脫硝系統(tǒng)，對整個氨管道采取分段對空壓縮空氣吹掃，徹底清除管道內(nèi)雜質(zhì)及異物;

2)對SCR區(qū)供氨閥門門芯進行疏通及清理，部分閥門更換新閥門;

3)對SCR區(qū)主要管道、閥門采取加棉被等臨時保溫的措施，同時對SCR區(qū)域平臺加裝了臨時擋風(fēng)墻加強了保溫;并計劃利用檢修機會對SCR區(qū)管道增加蒸汽伴熱系統(tǒng);

4)利用年底機組檢修會，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)安排專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)進行對氨管道內(nèi)產(chǎn)生異常的情況跟蹤分析，并持續(xù)關(guān)注國內(nèi)兄弟單位相似情況的處理及解決方法。

通過采取上述措施，盤山發(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)運行恢復(fù)正常。

5.結(jié)論

燃煤發(fā)電機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，也國家進行霧霾治理的主要方法，但是對于火力發(fā)電企業(yè)而言，煙氣脫硝運維技術(shù)仍屬于近幾年接觸的新型技術(shù)，成功運行的經(jīng)驗積累不足。盤山發(fā)電公司依托科研組織，組織技術(shù)力量通過現(xiàn)場勘查、技術(shù)分析、實際試驗等多種手段成功解決了脫硝運行中遇到的難題，保證了煙氣脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，為大氣減排工作做出了貢獻。