燃煤機(jī)組脫硝供氨中斷的原因及防范措施

文大綴

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301907）

燃煤機(jī)組脫硝供氨中斷的原因及防范措施

文大綴

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301907）

針對某電廠2×600MW燃煤機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)兩起因設(shè)計(jì)不完善、選型不合理導(dǎo)致供氨中斷的異常事件，分析了該事件采取的防范措施等，提出了提高脫硝供氨系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證氮氧化物達(dá)標(biāo)排放，杜絕污染物超標(biāo)排放事件發(fā)生的設(shè)備改造建議。

煙氣脫硝；氮氧化物；超標(biāo)排放；燃煤機(jī)組；供氨中斷

引言

隨著國家對大氣污染治理力度不斷加大，燃煤機(jī)組開始大規(guī)模進(jìn)行超低排放改造，以滿足煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%O2，下同）分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3[1]。脫硝系統(tǒng)由于投入運(yùn)行時(shí)間較短，生產(chǎn)人員運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足以及設(shè)計(jì)不完善、設(shè)備選型不合理、安裝工藝不良等原因，易發(fā)生氮氧化物超標(biāo)排放事件[2～3]。而一旦發(fā)生污染物排放濃度小時(shí)均值超標(biāo)事件，將會(huì)使企業(yè)面臨巨額的經(jīng)濟(jì)處罰，并會(huì)對企業(yè)形象造成巨大的負(fù)面影響。某電廠兩臺(tái)600MW燃煤機(jī)組分別于2015年11月和2016年3月完成超低排放改造。在煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行期間，發(fā)生兩起因脫硝供氨系統(tǒng)設(shè)備異常造成供氨中斷的事件，其中一次還導(dǎo)致氮氧化物排放濃度短時(shí)超標(biāo)。本文通過對事件原因進(jìn)行分析，研究了避免類似事件再次發(fā)生的解決方法。

1 設(shè)備概況

該電廠2×600MW機(jī)組鍋爐系HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、控制循環(huán)汽包爐，采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動(dòng)式燃燒器四角切圓燃燒。兩臺(tái)機(jī)組分別于2012年12月和2013年12月完成脫硝改造，在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間加裝兩臺(tái)脫硝反應(yīng)器。脫硝工藝采用選擇性催化還原（SCR）法，還原劑采用純氨（純度＞99.6%）。液氨儲(chǔ)罐中的液氨依靠自身重力和壓差輸送到液氨蒸發(fā)槽內(nèi)，利用蒸氣提供的熱量蒸發(fā)為氨氣，通過管道和反應(yīng)器區(qū)閥門后（見圖1），再與稀釋風(fēng)機(jī)鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合，并送達(dá)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(jìn)入SCR反應(yīng)器，通過催化劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)，最終從出口煙道輸送至鍋爐空預(yù)器，達(dá)到脫硝目的。

圖1 工藝流程

2 事件過程及分析

2.1 供氨氣動(dòng)調(diào)整門和關(guān)斷門失去控制氣源異常關(guān)閉導(dǎo)致供氨中斷

2.1.1 事件過程

2016年12月某日，3號(hào)機(jī)組負(fù)荷300MW，4時(shí)57分運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)脫硝A側(cè)供氨氣動(dòng)關(guān)斷門狀態(tài)黃閃，立即派人就地檢查，發(fā)現(xiàn)就地脫硝A、B側(cè)關(guān)斷門和調(diào)整門壓縮空氣供氣壓力為0，懷疑供氣壓力管凍冰，通知檢修；4時(shí)59分B側(cè)供氨關(guān)斷門變黃，5時(shí)03分A側(cè)供氨流量降至零，5時(shí)04分A、B側(cè)供氨調(diào)整門開始關(guān)閉，5時(shí)05分B側(cè)供氨流量降至0，5時(shí)07分就地打開A、B側(cè)供氨調(diào)整門旁路手動(dòng)門，5時(shí)08分手動(dòng)開啟A側(cè)供氨關(guān)斷門，A側(cè)供氨流量恢復(fù)正常。B側(cè)供氨關(guān)斷門掛不上檔，無法手動(dòng)開啟。運(yùn)行人員立即漲負(fù)荷至400MW，降低脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物濃度，并全開低氮燃燒器燃盡風(fēng)門，關(guān)小主燃燒器輔助風(fēng)門，加大A側(cè)噴氨量，以降低煙囪出口氮氧化物濃度。5時(shí)30分檢修人員將B側(cè)關(guān)斷門氣動(dòng)頭拆下，用扳手旋轉(zhuǎn)門桿將其開啟，B側(cè)開始供氨。5時(shí)08分煙氣中氮氧化物超標(biāo)排放（＞50mg/m3），5時(shí)34分恢復(fù)達(dá)標(biāo)排放，小時(shí)均值未超標(biāo)。

2.1.2 事件分析

為保證供氨系統(tǒng)壓縮空氣壓力穩(wěn)定，兩臺(tái)機(jī)組均于脫硝反應(yīng)器區(qū)設(shè)置壓縮空氣儲(chǔ)罐一臺(tái)，由廠用壓縮空氣系統(tǒng)供氣。因事件發(fā)生時(shí)為冬季，3號(hào)爐脫硝反應(yīng)器區(qū)壓縮空氣儲(chǔ)罐底部排污門開度較小，未能將底部積水排盡，當(dāng)環(huán)境溫度降至零下時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)罐底部結(jié)冰堵塞排污門，導(dǎo)致壓縮空氣疏水不暢，并帶水進(jìn)入氣動(dòng)調(diào)整門和關(guān)斷門供氣管路，造成A、B側(cè)供氨調(diào)整門和關(guān)斷門失去控制氣源而關(guān)閉，機(jī)組氮氧化物排放超標(biāo)。檢修人員用噴燈加熱壓縮空氣儲(chǔ)罐底部和各支管將凍冰融化，然后開大排污門將積水排盡，使壓縮空氣恢復(fù)正常供氣。

此次異常發(fā)生的根本原因在于壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，未能充分考慮冬季環(huán)境溫度降低產(chǎn)生的影響，將壓縮空氣儲(chǔ)罐露天設(shè)置，且未對壓縮空氣管路設(shè)置保溫及加熱設(shè)施。

2.2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥卡澀導(dǎo)致供氨中斷

2.2.1 事件過程

2017年4月某日12時(shí)22分，4號(hào)機(jī)組負(fù)荷400MW。運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)脫硝A側(cè)供氨流量不隨調(diào)整門開度變化而增減，立即派人就地檢查。12時(shí)25分，脫硝A側(cè)供氨流量突然下降至9kg/h，供氨壓力變?yōu)?，就地檢查供氨關(guān)斷門、調(diào)整門、各手動(dòng)門均在開啟位，且未發(fā)現(xiàn)供氨管道液氮泄漏，立即通知檢修，匯報(bào)值長。并通過手動(dòng)增加B側(cè)供氨流量、全開低氮燃燒器燃盡風(fēng)門、關(guān)小主燃燒器輔助風(fēng)門等方法降低煙氣氮氧化物排放濃度。就地人員通過對比A、B側(cè)供氨管路自力式壓力調(diào)節(jié)閥彈簧狀態(tài)判斷A側(cè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥故障，開關(guān)取樣管手動(dòng)門及敲打取樣管后未消除故障，通過敲打自立式壓力調(diào)節(jié)閥底部彈簧使其動(dòng)作，閥門開啟。12時(shí)44分供氨恢復(fù)正常，A側(cè)反應(yīng)器出口氮氧化物濃度最高122mg/m3，煙囪出口最高49.48mg/m3，未超標(biāo)排放。

2.2.2 事件分析

該自力式壓力調(diào)節(jié)閥為閥后壓力控制型，壓力設(shè)定值為0.1MPa，如圖2所示。閥后壓力經(jīng)取樣管輸入到執(zhí)行器的下膜室內(nèi)并作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定閥芯、閥座的相對位置，以控制閥后壓力。當(dāng)閥后壓力增加時(shí)，其作用在頂盤上的作用力也隨之增加，此時(shí)頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時(shí)閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使閥后壓力降為設(shè)定值。當(dāng)閥后壓力降低時(shí)，作用方向與上述相反。檢修人員通過對A側(cè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿附著鐵銹等異物造成卡澀，該異物產(chǎn)生的阻力大于彈簧的反作用力，使彈簧失靈，閥芯無法向遠(yuǎn)離閥座的方向移動(dòng)，閥門無法開啟，導(dǎo)致供氨中斷，隨后采取了清除鐵銹及噴射松動(dòng)劑的處理措施。經(jīng)分析認(rèn)為，閥桿產(chǎn)生鐵銹的原因?yàn)樵撻y門選型不合理，未能充分考慮液氨介質(zhì)的腐蝕性，閥桿長期與液氨接觸產(chǎn)生銹蝕。

圖2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥為閥后壓力控制

3 防范措施

通過對上述兩起異常事件的分析和總結(jié)，為防止在機(jī)組運(yùn)行期間脫硝系統(tǒng)供氨再次中斷造成煙氣氮氧化物濃度超標(biāo)，采取了如下防范措施：

（1）為壓縮空氣儲(chǔ)罐加蓋彩鋼瓦小屋，為各壓縮空氣管路加裝保溫設(shè)施。

（2）為壓縮空氣儲(chǔ)罐底部及各壓縮空氣管路加裝電伴熱線。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行《設(shè)備定期倒換和試驗(yàn)制度》，定期對壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行排污；當(dāng)環(huán)境溫度降至零下時(shí)，開大壓縮空氣儲(chǔ)罐底部排污門，加強(qiáng)排污。

（4）加強(qiáng)對自力式壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)備點(diǎn)檢和運(yùn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)鐵銹及時(shí)清理，待機(jī)組停運(yùn)時(shí)對閥門進(jìn)行檢修。

4 建議

隨著國家對環(huán)境問題的監(jiān)督考核力度不斷加大，各大發(fā)電集團(tuán)公司均將環(huán)境事件列至與安全生產(chǎn)事故同等重要的位置。為保證脫硝系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，杜絕設(shè)備隱患造成煙氣氮氧化物濃度超標(biāo)排放，建議兩臺(tái)機(jī)組在合適時(shí)機(jī)進(jìn)行設(shè)備改造，并為其他機(jī)組脫硝改造提供有益參考：

（1）將供氨氣動(dòng)調(diào)整門和氣動(dòng)關(guān)斷門更換為防爆型電動(dòng)門。

（2）將自力式壓力調(diào)節(jié)閥更換為耐腐蝕材質(zhì)閥門。

（3）設(shè)置供氨調(diào)整門、關(guān)斷門和自力式壓力調(diào)節(jié)閥的大旁路手動(dòng)門，在閥門故障供氨中斷時(shí)應(yīng)急開啟，手動(dòng)調(diào)節(jié)供氨流量。

[1] 國家發(fā)展和改革委員會(huì)，國家環(huán)境保護(hù)部，國家能源局.煤電節(jié)能減排和升級(jí)改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）[Z].2014-09-12.

[2] 邢希東.燃煤機(jī)組煙氣脫硝供氨中斷原因分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016（2）：31-34.

[3] 胡立川，育群，陳裕忠，曾曉敏.脫硝供氨系統(tǒng)異常事故的分析與對策[J].發(fā)電設(shè)備， 2015，29（4）：304-307.

Causes and Countermeasures on Denitration and Ammonia Supply Interruption in Coal-fired Generating Set

WEN Da-zhui

X701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-5377（2017）009-0053-03