1000MW機(jī)組脫硝氨區(qū)液氨管道結(jié)冰分析處理

神華福能發(fā)電有限責(zé)任公 福建 泉州 362712

引言

我國(guó)目前只需的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011對(duì)NOX排放濃度做出了明確要求,NOX排放濃度不得大于100Nm3。

神福鴻電#3、#4機(jī)組的煙氣脫硝采用選擇性催化還原法(SCR)工藝,是一種干法脫硝工藝。自2015年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后,經(jīng)常出現(xiàn)液氨蒸發(fā)槽入口管道結(jié)冰現(xiàn)象,僅2016年上半年發(fā)生結(jié)冰55次,嚴(yán)重影響設(shè)備安全,及環(huán)保指標(biāo)超限。為了查明液氨蒸發(fā)槽結(jié)冰的原因,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門、管道、工況進(jìn)行了多次排查,分析研究和試驗(yàn)驗(yàn)證,最終找到了結(jié)冰的主要原因和預(yù)防改進(jìn)措施,并取得較好成效。

1 液氨蒸發(fā)槽結(jié)冰現(xiàn)象及原因分析

1.1 結(jié)冰現(xiàn)象描述 隨著環(huán)境溫度的升高,脫硝氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道結(jié)冰頻次增加,結(jié)冰時(shí)間集中在上午08:30-11:30機(jī)組快速升負(fù)荷階段,蒸發(fā)槽工作壓力在0.25MPa-0.32MPa最易出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰位置均出現(xiàn)在蒸發(fā)槽入口調(diào)閥后管道上。

1.2 結(jié)冰原理分析 液氨蒸發(fā)槽入口管道結(jié)冰,最初分析液氨含水量超標(biāo)導(dǎo)致,通過(guò)化驗(yàn)班取樣分析化驗(yàn)結(jié)果表明液氨品質(zhì)合格,因此判斷,此結(jié)冰現(xiàn)象并非液氨含水量超標(biāo)所致。那為什么結(jié)冰位置偏偏出現(xiàn)在入口調(diào)閥后管道呢?要想弄清楚這個(gè)問(wèn)題,我們首先得了解流體力學(xué)中“焦湯節(jié)流膨脹原理”。

焦湯節(jié)流膨脹原理——高壓流體經(jīng)過(guò)小孔或者閥門受一定阻礙后向低壓膨脹的過(guò)程稱為節(jié)流膨脹。絕熱條件下,氣體由穩(wěn)定的高壓一側(cè)經(jīng)過(guò)多孔塞流到穩(wěn)定的低壓一側(cè)的過(guò)程。節(jié)流膨脹可能會(huì)導(dǎo)致制冷或制熱效應(yīng)。

1852年,焦耳和湯姆遜設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)流膨脹實(shí)驗(yàn),使溫度為T1的氣體在一個(gè)絕熱的圓筒中由給定的高壓p1經(jīng)過(guò)多孔塞(如棉花、軟木塞等)緩慢地向低壓p2膨脹。多孔塞兩邊的壓差維持恒定。膨脹達(dá)穩(wěn)態(tài)后,測(cè)量膨脹后氣體的溫度T2。他們發(fā)現(xiàn),在通常的溫度T1下,許多氣體(氫和氦除外)經(jīng)節(jié)流膨脹后都變冷(T2

1.3 液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)節(jié)門后管道結(jié)冰原因 當(dāng)液氨儲(chǔ)罐向液氨蒸發(fā)槽輸送介質(zhì)液氨的過(guò)程中,流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進(jìn)氨調(diào)節(jié)門時(shí)產(chǎn)生節(jié)流,當(dāng)液氨接近調(diào)門孔口,截面積急劇縮小,流速急劇增大,壓力瞬間變大;而經(jīng)過(guò)調(diào)門后,截面積又迅速擴(kuò)大,流速降低,壓力同時(shí)瞬間變小,忽略摩擦等能量損失不計(jì),因此,液氨流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后瞬間減壓蒸發(fā),汽化吸熱,使調(diào)節(jié)閥后管道溫度驟降,導(dǎo)致管道外環(huán)境中的空氣結(jié)露并凝結(jié)成冰,這就是流體力學(xué)中的膨脹現(xiàn)象。因此,液氨蒸發(fā)槽進(jìn)氨調(diào)節(jié)門后管道段結(jié)冰,調(diào)節(jié)閥之前到氣動(dòng)關(guān)斷門的管道是不會(huì)結(jié)冰的。理論上,液氨流經(jīng)調(diào)閥的瞬間,門后管道中的流動(dòng)介質(zhì)已不再是單純的液氨了,而是液氨與少量氣氨的氨氣混合物。而管道外的溫度要比管道內(nèi)的液氨溫度高出很多,所以,節(jié)流膨脹過(guò)程中的吸熱量基本都是來(lái)自管道外部的空氣,再加之入夏以來(lái)我公司機(jī)組增加負(fù)荷大多集中在上午氣溫較高時(shí)段,這也恰好印證了上面所提到的調(diào)查結(jié)論,所以,氨區(qū)進(jìn)氨管道頻繁結(jié)冰也就可以理解了。

同時(shí),如果購(gòu)買的液氨質(zhì)量不好,含有雜質(zhì),在管道輸送過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生以下氧化物等雜物,長(zhǎng)時(shí)間沉寂下來(lái)會(huì)導(dǎo)致管道后閥門堵塞,加速節(jié)流膨脹,就更容易結(jié)冰了。

2 控制措施

2.1 確保液氨品質(zhì) 嚴(yán)格審查液氨品質(zhì),確認(rèn)液氨品質(zhì)合格后再開展卸氨工作。

2.2 定期對(duì)液氨管道進(jìn)行吹掃維護(hù) 制訂定期工作制度,對(duì)供氨管道進(jìn)行定期吹掃維護(hù),清除管道內(nèi)壁、閥門閥芯處積累的雜質(zhì)。

2.3 取消脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽入口調(diào)閥,將調(diào)閥安裝在蒸發(fā)槽出口管道優(yōu)點(diǎn):可徹底消除介質(zhì)流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進(jìn)氨調(diào)節(jié)門時(shí)產(chǎn)生的節(jié)流膨脹從而避免結(jié)冰。

缺點(diǎn):技改資金投入大,技改時(shí)需進(jìn)行單臺(tái)氨蒸發(fā)槽隔離,檢修期間單臺(tái)蒸發(fā)槽運(yùn)行,風(fēng)險(xiǎn)增加,技改需動(dòng)火工作增加氨區(qū)風(fēng)險(xiǎn)隱患。

2.4 在不影響供氨的前提下,加大調(diào)節(jié)閥后管道直徑,緩解節(jié)流膨脹影響 優(yōu)點(diǎn):增加液氨調(diào)節(jié)閥后緩存空間,緩解節(jié)流脹差從而降低管道結(jié)冰的可能。

缺點(diǎn):技改時(shí)需進(jìn)行單臺(tái)氨蒸發(fā)槽隔離,檢修期間單臺(tái)蒸發(fā)槽運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn),技改需動(dòng)火工作增加氨區(qū)風(fēng)險(xiǎn)隱患。

2.5 提高脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽出口壓力 優(yōu)點(diǎn):在機(jī)組增加噴氨量時(shí),氨氣緩沖罐緩存壓力充足避免氣壓驟降,從而降低液氨通過(guò)調(diào)閥后的節(jié)流膨脹。

缺點(diǎn):如不按照設(shè)備規(guī)范盲目提高氨區(qū)蒸發(fā)槽運(yùn)行壓力,有較大安全隱患。

3 控制成效

3.1 提高蒸發(fā)槽工作壓力成效說(shuō)明 2016年6月20日3號(hào)機(jī)啟動(dòng),后投入脫硝系統(tǒng),半日內(nèi)氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道即結(jié)冰多次,經(jīng)與專業(yè)溝通將液氨蒸發(fā)槽工作壓力由0.42MPa提高至0.48MPa投入調(diào)閥自動(dòng),經(jīng)過(guò)觀察#3、#4號(hào)機(jī)多次大范圍升負(fù)荷增大噴氨量,液氨蒸發(fā)槽出口壓力在一定幅度降低后,壓力即可回升至設(shè)定壓力,氨區(qū)液氨蒸發(fā)槽入口管道未出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。通過(guò)二十天的觀察得到論證,合理提高液氨蒸發(fā)槽工作壓力可有效解決氨區(qū)液氨管道結(jié)冰問(wèn)題。

3.2 脫銷氨區(qū)蒸發(fā)槽入口調(diào)閥技術(shù)改造說(shuō)明 神福鴻電,2016年08月、12月分兩次對(duì)脫硝氨區(qū)A/B液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥技術(shù)改造,改造主要內(nèi)容,取消液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥,增加液氨蒸發(fā)槽出口調(diào)閥,改造目的旨在消除液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥對(duì)液氨節(jié)流的影響,避免節(jié)流膨脹的發(fā)生。通過(guò)對(duì)調(diào)閥的技術(shù)改造,神福鴻電自改造后至今未發(fā)生氨區(qū)液氨管道結(jié)冰現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過(guò)分析實(shí)踐得出結(jié)論,影響脫硝氨區(qū)液氨管道結(jié)冰的主要因素是,液氨儲(chǔ)罐向液氨蒸發(fā)槽輸送介質(zhì)液氨的過(guò)程中,流經(jīng)液氨蒸發(fā)槽進(jìn)氨調(diào)節(jié)門時(shí)產(chǎn)生節(jié)流膨脹,液氨流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后瞬間減壓蒸發(fā),汽化吸熱,使調(diào)節(jié)閥后管道溫度驟降,導(dǎo)致管道外環(huán)境中的空氣結(jié)露并凝結(jié)成冰。根據(jù)結(jié)冰現(xiàn)象及原因分析制定有效控制措施:通過(guò)提高液氨蒸發(fā)槽工作壓力及取消液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)閥消除節(jié)流膨脹影響均可徹底解決脫硝氨區(qū)液氨管道結(jié)冰問(wèn)題。