燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)供氨管路堵塞原因分析及對策

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)供氨管路堵塞原因分析及對策

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

蘭溪電廠600 MW機(jī)組鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥后管路堵塞，引起脫硝系統(tǒng)供氨量下降，導(dǎo)致脫硝效率下降甚至脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行。通過分析堵塞的主要原因，提出采取系統(tǒng)改造、定期維護(hù)和運(yùn)行方式調(diào)整等措施，實(shí)施后液氨蒸發(fā)器出口氨氣壓力恢復(fù)至設(shè)計(jì)值。通過對液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥后管路內(nèi)雜質(zhì)的化學(xué)成分、存在原因及形成機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，制定并實(shí)施相應(yīng)的防范措施，保證了脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

燃煤鍋爐；脫硝；液氨蒸發(fā)系統(tǒng)；進(jìn)口調(diào)節(jié)閥；堵塞

近年來，為滿足國家對燃煤發(fā)電廠日益提高的環(huán)保要求，各電廠逐漸完成了在役機(jī)組的脫硝改造。但隨著運(yùn)行時間的推移，脫硝系統(tǒng)的各種問題逐漸暴露，以液氨蒸發(fā)系統(tǒng)堵塞問題最為嚴(yán)重。蘭溪電廠采取系統(tǒng)改造、定期維護(hù)和運(yùn)行方式調(diào)整等措施，解決了脫硝氨氣壓力偏低的問題。

1 脫硝系統(tǒng)簡介

蘭溪電廠4臺機(jī)組于2007年5月全部投產(chǎn)，均為國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐為北京巴威公司生產(chǎn)的超臨界壓力、一次再熱直流鍋爐，采用單爐膛，∏形島式露天布置，平衡通風(fēng)，前后墻對沖燃燒方式，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，型號為B&W B-1903/25.4-M。設(shè)計(jì)煤種為淮南煙煤，在BMCR（鍋爐最大蒸發(fā)量）工況下的NOX保證值為不大于450 mg/m3（干煙氣，O2=6%）。2012年首臺機(jī)組實(shí)施脫硝改造，至2014年6月，4臺機(jī)組全部改造完畢。

脫硝采用SCR（選擇性催化還原）技術(shù)，在設(shè)計(jì)煤種、600 MW工況處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于80%，脫硝催化劑采用2＋1模式布置。脫硝系統(tǒng)由液氨存儲蒸發(fā)區(qū)和SCR反應(yīng)器區(qū)組成，其中液氨存儲蒸發(fā)區(qū)主要由卸氨壓縮機(jī)、液氨儲罐、緊急卸氨器、液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨區(qū)廢水池等組成，如圖1所示。液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)為：脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)氨耗量（80%脫硝效率）為1 248 kg/h，蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)蒸發(fā)能力為1 500 kg/h，液氨儲罐至液氨蒸發(fā)器管道直徑40 mm。液氨蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3只進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，正常運(yùn)行時調(diào)節(jié)閥2只運(yùn)行、1只備用。

圖1 蘭溪電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)

2 故障現(xiàn)象及處理情況

蘭溪電廠氨區(qū)2012年11月15日第一次進(jìn)氨，11月17日開始首次供氨。自2013年12月26日起，頻繁發(fā)生液氨蒸發(fā)系統(tǒng)在3只進(jìn)口調(diào)節(jié)閥全開的情況下，液氨蒸發(fā)器仍然無法維持氨氣壓力的現(xiàn)象。

2013年12月26日發(fā)現(xiàn)液氨蒸發(fā)系統(tǒng)氨氣壓力無法上升的缺陷后，立即對液氨儲罐、液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理，清理時發(fā)現(xiàn)液氨儲罐內(nèi)有部分油污、液氨蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)有白色結(jié)晶物。徹底清理后，液氨蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行了9個月。

自2014年9月開始，液氨蒸發(fā)系統(tǒng)又頻繁發(fā)生堵塞現(xiàn)象。2014年10月1日，將液氨蒸發(fā)系統(tǒng)供氨調(diào)節(jié)閥后管路解體，發(fā)現(xiàn)其堵塞嚴(yán)重，如圖2所示。清理后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。針對液氨蒸發(fā)系統(tǒng)頻繁堵塞的情況，系統(tǒng)新增1路供氨調(diào)節(jié)閥D，2014年12月12日，供氨調(diào)節(jié)閥D運(yùn)行127 h后出現(xiàn)堵塞，解體后發(fā)現(xiàn)有結(jié)垢現(xiàn)象，經(jīng)清理后液氨蒸發(fā)系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖2 供氨調(diào)節(jié)閥閥后短管堵塞情況

3 堵塞原因分析

3.1 堵塞物成分檢驗(yàn)

蘭溪電廠在2014年1月和2015年2月分別對液氨儲罐及蒸發(fā)系統(tǒng)管道進(jìn)行了集中清理。第一次清理發(fā)現(xiàn)液氨儲罐內(nèi)存在鐵銹、油污等，第二次清理僅發(fā)現(xiàn)液氨儲罐內(nèi)有少許油污。同時對液氨管道內(nèi)堵塞物取樣，并委托浙江省電力公司電力科學(xué)研究院按照GB/T 19500-2004《X射線光電子能譜分析方法通則》進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 液氨管道堵塞物成分分析結(jié)果（2014年1月）

2014年10月，因液氨蒸發(fā)系統(tǒng)再次堵塞，將堵塞物再次取樣委托浙江省電力公司電力科學(xué)研究院進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表2所示。

表2 液氨管道堵塞物成分分析結(jié)果（2014年10月）

2次化驗(yàn)結(jié)果基本一致，堵塞物主要成分為Fe2O3。

3.2 Fe2O3存在原因分析

3.2.1 液氨存儲設(shè)備腐蝕

蘭溪電廠液氨儲罐材質(zhì)為Q345R（低合金鋼），氨區(qū)閥門閥體材質(zhì)為WCB（碳素鋼），氨區(qū)管道材質(zhì)為碳鋼。該廠分別在2014年1月、2015年2月對液氨儲罐及相關(guān)管路、閥門進(jìn)行清理和檢查，結(jié)果表明液氨儲罐、管路、閥門均無腐蝕現(xiàn)象。

3.2.2 液氨生產(chǎn)設(shè)備老化

新建液氨生產(chǎn)廠商設(shè)備多為不銹鋼材質(zhì)，而建廠較早的生產(chǎn)廠家的液氨合成塔、液氨儲罐、液氨輸送管道等設(shè)備多為碳鋼材質(zhì)。液氨理論上不與黑色金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是若液氨含水，則會強(qiáng)烈腐蝕黑色金屬。同時若設(shè)備服役時間過長，則不可避免地會出現(xiàn)鐵銹即Fe2O3，從而進(jìn)入液氨中。

3.2.3 合成氨工藝及液氨品質(zhì)

我國的合成氨生產(chǎn)基本以煤或焦碳為原料，大多采用固定床常壓氣化傳統(tǒng)工藝。這種工藝首先制取原料氣，然后將原料氣提純，去除N2和H2以外的雜質(zhì)，而后經(jīng)壓縮機(jī)加壓后送入合成塔，在催化劑（主要成分Fe2O3）作用下生成NH3。

目前國內(nèi)液氨生產(chǎn)廠家均按照GB 536-88《液體無水氨》標(biāo)準(zhǔn)要求來控制液氨品質(zhì)，如表3所示。

表3 液體無水氨品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

淮南某電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)與蘭溪電廠相同，該廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)自2012年11月投運(yùn)以來，從未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因此將2個電廠的情況進(jìn)行對比，分析堵塞原因。2個電廠的入廠液氨品質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 電廠液氨品質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

由表4可見，蘭溪電廠采用的液氨除了油含量達(dá)到一等品的要求外，其它指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)。蘭溪電廠的液氨供應(yīng)商為浙江某化工企業(yè)，該企業(yè)采用煤為原料合成液氨，在生產(chǎn)過程中采用以Fe2O3為主要原料的催化劑，該企業(yè)已有五十多年的歷史，設(shè)備以碳鋼材質(zhì)為主且老化嚴(yán)重，所以在液氨中鐵含量較高。而淮南某電廠的液氨供應(yīng)商采用水煤漿合成氨技術(shù)，生產(chǎn)設(shè)備均為不銹鋼材質(zhì)。該工藝雖然也使用鐵基催化劑，但相比煤制液氨工藝，其生產(chǎn)過程中溶入到液氨的鐵成分大幅度下降。水煤漿在合成氨的過程中使用特殊的油氣分離技術(shù)，保證氨和壓縮機(jī)內(nèi)油分離更為徹底。所以該企業(yè)液氨中鐵和油的含量大幅度降低，液氨品質(zhì)達(dá)到了優(yōu)等品要求。

從表4可以發(fā)現(xiàn)，蘭溪電廠所用液氨中鐵含量是淮南某電廠液氨中鐵含量的8.3倍，因此認(rèn)為淮南某電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)投運(yùn)2年未發(fā)生堵塞的原因是Fe2O3在其管道中堆積的量還沒有達(dá)到堵塞的程度，但隨著運(yùn)行時間的增長，淮南某電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)也不可避免地會發(fā)生堵塞。

3.3 堵塞物形成機(jī)理分析

由合成氨工藝可知，在生產(chǎn)液氨的過程中需接觸Fe2O3，伴隨著催化劑的使用及設(shè)備的老化，在液氨中不可避免會存在Fe2O3。由于Fe2O3不溶于液氨，且其顆粒過小，因此以膠體的形態(tài)存在于液氨中，普通濾網(wǎng)無法將其濾除，同時也不會沉積在液氨儲罐底部，只有在液氨壓力降低氣化時才析出。因此蘭溪電廠每次發(fā)生液氨蒸發(fā)系統(tǒng)堵塞時，解體設(shè)備均發(fā)現(xiàn)堵塞物聚集在液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥后管路。

4 采取的措施

（1）提高液氨品質(zhì)。

提高液氨品質(zhì)，降低液氨中鐵的含量可以緩解液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的堵塞，若采購的液氨中完全不含鐵則不會發(fā)生液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的堵塞現(xiàn)象。

（2）提高液氨儲罐供氨管路在液氨儲罐內(nèi)的高度。

由合成氨工藝可知，在氨的合成過程中需要多次使用壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，造成了氨與壓縮機(jī)油的多次接觸，雖然在合成氨時進(jìn)行油與氨的分離，但是有些液氨生產(chǎn)廠家仍將部分油污帶入液氨中。

液氨儲罐供氨管路原設(shè)計(jì)在儲罐底部最低點(diǎn)，隨著液氨儲罐使用時間的增加，液氨中的部分油污沉積在儲罐底部，此時將會有部分油污進(jìn)入液氨蒸發(fā)系統(tǒng)。蘭溪電廠將液氨儲罐內(nèi)供氨管路高度提高了25 cm，這一情況得到了大大改善。

（3）增加液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。

液氨蒸發(fā)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)3只進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，1只液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥正常情況下可供2臺機(jī)組使用，正常運(yùn)行時2只調(diào)節(jié)閥供氨，1只備用。

液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥堵塞時，一般2只同時堵塞，為了防止脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，蘭溪電廠利用液氨儲罐底部備用接口，新接1路供氨管道和調(diào)節(jié)閥D至液氨蒸發(fā)器，該供氨管道通徑由DN40提高到DN50，有效提高了供氨能力。經(jīng)試驗(yàn)，液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥D單只閥門只需開至60%，即可為4臺滿負(fù)荷機(jī)組提供脫硝用氨。

（4）增加液氨蒸發(fā)系統(tǒng)吹掃、清洗管路。

在每只液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥前后管路上增加通氮、水沖洗管路。定期對液氨蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥管路進(jìn)行正向或反向的通氮?dú)饣蛩?，對管路進(jìn)行吹掃和清洗，去除堵塞物，防止堵塞現(xiàn)象發(fā)生。

（5）定期清理液氨儲罐或液氨儲罐定期排污。

液氨的生產(chǎn)過程中不可避免地將部分油污帶入液氨中。雖然抬高液氨儲罐供氨管路在液氨儲罐內(nèi)的高度可以減少油污進(jìn)入液氨蒸發(fā)系統(tǒng)，但是油污仍存在液氨儲罐內(nèi)，需要定期進(jìn)行清理，防止油污溢出后再次進(jìn)入液氨蒸發(fā)系統(tǒng)。

液氨儲罐定期排污可將儲罐內(nèi)油污等雜質(zhì)排出，但考慮到增加的排污管需專業(yè)設(shè)計(jì)，同時還需增加煮氨器、氨氣回收管路等設(shè)備，投資較高，因此蘭溪電廠未進(jìn)行排污改造。

5 結(jié)語

通過對蘭溪電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象及其發(fā)生原因進(jìn)行詳細(xì)分析，得出火電廠液氨蒸發(fā)系統(tǒng)頻繁發(fā)生堵塞的原因是液氨中含有的膠體狀Fe2O3在液氨壓力降低時析出所致。通過采取一系列措施，最終解決這一問題，保證了脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

[1]郝艷紅．邱麗霞．火電廠燃煤鍋爐煙氣處理系統(tǒng)分析及應(yīng)用[J]．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（7）∶166-167．

[2]張大興，張丙剛.330 MW鍋爐脫硝系統(tǒng)氨氣壓力低原因分析及對策[J].廣西電力，2012（12）∶40-42.

[3]尹有軍，董云鵬.合成氨的生產(chǎn)與發(fā)展趨勢[J]．化學(xué)工程師，2001（4）∶40-41.

[4]GB 536-88液體無水氨[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

[5]盛竹葉.以水煤漿為原料的大型氮肥裝置國產(chǎn)化探討[J].化工設(shè)計(jì)，1997（1）∶8-9.

（本文編輯：徐 晗）

Cause Analysis and Countermeasures against Ammonia Supply Pipeline Blockage of Coal-fired Boiler Denitrification System

XU Shude，LU Hongyue
（Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Pipeline after inlet control valve of liquid ammonia evaporation system is frequently blocked during operation of SCR denitrification system in 600 MW units boilers in Lanxi Power Plant，which reduces ammonia supply of denitrification system and results in low denitrification efficiency and shutdown of denitrification system.The paper suggests taking measures such as system retrofit，regular maintenance and adjustment of operation mode，after which ammonia pressure at the outlet of liquid ammonia evaporation system restores to the designed value.By analyzing chemical composition，reasons and formation mechanism of impurities in the pipeline after inlet control valve of liquid ammonia evaporation system，the paper formulates corresponding preventive measures，ensuring normal operation of denitrification system.

coal-fired boiler；denitrification；liquid ammonia evaporation system；inlet control valve；blockage

TK228

B

1007-1881（2015）08-0045-04

2015-05-08

徐書德（1971），男，工程師，主要從事火電廠技術(shù)管理工作。