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 賀棟紅

 （深能合和電力（河源）有限公司，廣東河源  517025）

摘  要：火電廠選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝氨系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響到整個脫硝系統(tǒng)的運行安全、在理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)脫硝系統(tǒng)設(shè)備維護過程中氮系統(tǒng)污堵治理經(jīng)歷，總結(jié)出有針對性的治理措施及控制策略，主要包括：從源頭控制液氨品質(zhì)，在適當(dāng)位置增加濾網(wǎng)，避免金屬腐蝕，臨時吹掃蒸發(fā)槽，噴氨流量計增加旁路，蒸發(fā)槽供氨管道、閥門保溫與加熱，加強定期檢修和維護，完善淵節(jié)閥控制邏輯等，實踐表明，所采取的措施行之有效，避免了問題的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：燃煤電站；SCR脫硝；污堵；氨系統(tǒng)

中文分類號：X511;TM621 DOI：10.11930/j．issn．1004-9649.2016.06.161.05

0引言

 目前，中國的環(huán)保政策越來越嚴格，“十二五”期間火電廠脫硝被納入環(huán)保的硬指標．2014

年7月頒布實施的新版《火電廠大氣污染物排放標準》對火電廠的NO x排放標準提出了更高的要求。目前，選擇性催化還原( SCR)脫硝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)。河源電廠2x600 MW超超臨界機組自2010年開始進行了鍋爐低氮燃燒器改造和選擇性催化還原( SCR)脫硝裝置加裝，隨著SCR脫硝系統(tǒng)（簡稱SCR系統(tǒng)）投入使用，設(shè)備運行維護問題日益突出，尤其是氨系統(tǒng)常有堵塞情況發(fā)生，影響脫硝系統(tǒng)的連續(xù)安全運行。氨系統(tǒng)堵塞主要發(fā)生在蒸發(fā)槽液氨人口調(diào)節(jié)閥、蒸發(fā)槽內(nèi)部、SCR脫硝反應(yīng)區(qū)(簡稱SCR反應(yīng)區(qū)）質(zhì)量流量計等處，經(jīng)多次摸索和經(jīng)驗積累，對運行維護中出現(xiàn)的不恰當(dāng)方式進行分析并優(yōu)化控制，有效解決了氨系統(tǒng)頻繁堵塞的問題。

1  污堵治理

河源電廠SCR脫硝系統(tǒng)如圖1所示。

1.1  液氨品質(zhì)控制

 氨系統(tǒng)污堵情況的發(fā)生主要是因為液氨內(nèi)含有油、水和鐵等腐蝕性雜質(zhì)。液氨中微量油主要來自壓縮機潤滑油，根據(jù)紅外光譜鑒定，這些油基本上屬于高沸點礦物油。水與氨極易結(jié)合．形成氨水，其含量可以用測定方法（蒸發(fā)法）和計算公式求得氨水盡管不會直接導(dǎo)致堵塞，但是它可以與系統(tǒng)中的金屬如鐵、銅、鋅等發(fā)生腐蝕反應(yīng)，產(chǎn)生固體顆粒物，累積到一定程度就會造成堵塞�？刂埔喊逼焚|(zhì)是治理氨系統(tǒng)污堵的前提．也是最重要的控制措施。河源電廠要求的液氨品質(zhì)如表1所示。

 控制液氨品質(zhì)，爭取用李森科承受器對每一輛槽車都取樣，準確化驗出樣品的參數(shù)，保證進入系統(tǒng)的液氨品質(zhì)合格。若槽車內(nèi)液氨品質(zhì)不合格，拒絕接收。若較多輛槽車液氨品質(zhì)不合格時需及時更換品質(zhì)更好的液氨供應(yīng)廠家。

1.2增加濾網(wǎng)

 不同的供氨廠家供應(yīng)的液氨品質(zhì)參差不齊．即使能滿足要求，也不可能百分之百潔凈，盡管雜質(zhì)占比很小，但由于使用量較大，長期積累，在液氨儲罐底部也會積攢大量雜物。在卸氨過程中過濾掉液氨中的固體顆粒雜質(zhì)、油等，保證進入系統(tǒng)的液氨品質(zhì)，可以較好地控制SCR系統(tǒng)污堵情況的發(fā)生。

 河源電廠原采用管道斜濾濾芯，孔徑為3 mm,幾乎無過濾作用。若將其直接更換成過濾精度稍高的濾芯，則會導(dǎo)致流通面積不足，使卸氨時間延長，并要頻繁清洗、更換濾芯。綜合考慮安裝位置及現(xiàn)場施工條件，采用圓筒過濾器替代原有管道斜濾。圓筒過濾器為液氨除油過濾器，濾筒內(nèi)安裝6組濾芯，包括4組除重質(zhì)油濾芯和2組除輕質(zhì)油濾芯，濾芯材質(zhì)不同，可以過濾不同的油質(zhì)。工作壓力為1.6 M Pa，設(shè)計壓力為2.5M Pa。濾芯為直徑d=65 mm、長L=500 mm,采用折疊方式制造，單支展開面積2m2，有效過濾面積0.5m2，過濾精度為2.0μ m，幾乎可以完全過濾掉液氨中的油及固體雜質(zhì)。整個過濾器的過濾面積是DN80 mm管道截面面積的1200倍以上．濾芯設(shè)計使用壽命為30～60個月。采取這一措施后，可以減少氨系統(tǒng)維護頻率，按照目前供應(yīng)氨的潔凈程度，平均每4個月清理1次即可。

1.3避免金屬腐蝕

 氨系統(tǒng)很多閥門密封材料是銅質(zhì)的，甚至有些閥門整體材質(zhì)為銅，還有些熱控元件材質(zhì)是鋅。氨會與設(shè)備中的這些材料發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀物，堵塞系統(tǒng)，更重要的是會損壞設(shè)備，日積月累造成設(shè)備的嚴重腐蝕，最終可致氨氣泄露，給生產(chǎn)運行帶來安全隱患。

 液氨中不可避免地會帶進一些水，氨與水反應(yīng)生成氨水，有OH-產(chǎn)生。氨系統(tǒng)腐蝕機理如下。

(1) 氨與鐵反應(yīng)，反應(yīng)式如式(1)、(2)所示。

 從系統(tǒng)清理出的黑色物質(zhì)中可知，其主要成分為Fe (OH)2，部分是Fe (OH)3，加熱后雜質(zhì)變成紅黑色，主要成分為Fe2O3和Fe O。

 (2)氨與銅反應(yīng)，在氧氣不足的情況下，發(fā)生式(3)所示反應(yīng)；在氧氣充足的情況下，發(fā)生式(4)所示反應(yīng)。

 銅的絡(luò)合物可溶于液氨，但是其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易生成Cu OH和Cu (OH)2沉淀物，給系統(tǒng)造成堵塞。在蒸發(fā)槽液氨調(diào)節(jié)閥管段清理出的墨綠色物質(zhì)具有一定粘性，不溶于水，經(jīng)取樣化驗．其主要元素成分為銅，即為生成的銅絡(luò)合物。

(3)氨與鋅反應(yīng)，反應(yīng)如式(5)所示。

 鋅的絡(luò)合物可溶于液氨，若液氨中有水，會繼續(xù)反應(yīng)．造成設(shè)備損壞。河源電廠蒸發(fā)槽液氨調(diào)節(jié)閥后大小頭處已完全被白色物質(zhì)堵塞，經(jīng)化驗其主要元素為鋅，即為所生成的鋅絡(luò)合物。

 氨系統(tǒng)堵塞物主要由氧化鐵（碳鋼腐蝕產(chǎn)物）+氨基甲酸銨類（氨與二氧化碳等復(fù)合物）+系統(tǒng)殘留雜質(zhì)+液氨微量雜質(zhì)組成。其中．銨類復(fù)合物造成碳鋼的腐蝕是主要因素。結(jié)合上文分析，需要更換系統(tǒng)中銅、鋅材質(zhì)的設(shè)備、部件及管道，減少系統(tǒng)中絡(luò)合物的生成，盡量減少碳鋼材質(zhì)的使用。

1.4加強定期維護工作

 (1)定期排污。液氨卸料壓縮機入口管道上盡管加裝了精細濾網(wǎng)，但仍會有一些雜質(zhì)被攜帶進入液氨儲罐，系統(tǒng)中也不可避免地生成一些雜質(zhì)，經(jīng)長期積累會逐漸沉積在液氨儲罐體底部。在液氨儲罐、蒸發(fā)槽和緩沖罐的底部都設(shè)置有排污一、二次閥，通過定期操作排污閥，可把容器底部積存的雜質(zhì)及時清理出去，減少堵塞物質(zhì)。

 (2)定期對液氨儲罐、氨氣緩沖罐、液氨蒸發(fā)槽內(nèi)部進行人丁清理。河源電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)改造于2012年年底完_丁并投入使用，系統(tǒng)中積累較多非氨雜質(zhì)，蒸發(fā)槽液氨人口調(diào)節(jié)閥和SCR噴氨區(qū)質(zhì)量流量計頻繁發(fā)生堵塞，臨時清理時發(fā)現(xiàn)堵塞物為白色、墨綠色，長時間放置后變成紅褐色。頻繁堵塞影響設(shè)備正常運行，必須徹底清除系統(tǒng)中雜質(zhì)。2015年7月底，對氨站2個儲液罐進行了人工清理，主要工作步驟如圖2所示。

 這次人工清理，從液氨罐底部清理出大量固體雜質(zhì)，疏通了磁翻板液位計底部連通管，從而避免了生產(chǎn)過程中蒸發(fā)槽液氨入口調(diào)節(jié)閥后下游各設(shè)備堵塞情況的發(fā)生。清理工作完成后截至2016年3月初，距清理工作完成已有7個多月．系統(tǒng)再未發(fā)生過任何堵塞現(xiàn)象。

1.5臨時吹掃蒸發(fā)槽

 2013年11月底，2個蒸發(fā)槽氨氣側(cè)進出口壓差越來越大，將設(shè)備隔離后用壓力為2.2 M Pa氮氣持續(xù)從蒸發(fā)槽液氨入口進行吹掃，無任何效果．說明雜物已完全塞滿蒸發(fā)槽氨管道。氮氣溫度較低，雜質(zhì)在常溫下流動性較差，無法用氮氣吹掃．因此把蒸發(fā)槽入口液氨調(diào)節(jié)閥拆除，臨時接壓力為0.8 M Pa.溫度為175℃的輔助蒸汽，再將蒸發(fā)槽氨氣出口手動閥拆除，在此放置臨時廢油桶．用蒸汽吹掃蒸發(fā)槽內(nèi)的雜質(zhì)。蒸發(fā)槽氨管道中類似瀝青的油狀物累積較多，通過從蒸發(fā)槽進出口正反方向反復(fù)多次吹掃，最終把油狀雜質(zhì)全部清理干凈，蒸發(fā)槽隨即可以投入正常使用。用蒸汽臨時吹掃液氨蒸發(fā)槽后，由于注重定期排污、控制液氨供應(yīng)品質(zhì)等方面的工作，至2016年3月未發(fā)生蒸發(fā)槽液氨側(cè)前后壓差增大的現(xiàn)象。

 需要特別提醒的是：蒸汽吹掃時注意控制蒸汽的壓力，以免蒸發(fā)槽換熱器盤管損壞：不可連續(xù)吹掃，不得外力撞擊、野蠻敲打，以免換熱器盤管出現(xiàn)熱應(yīng)力損傷、肋板脫焊等；注意廢油桶處工作人員站位，以免蒸汽、熱油傷人。

1.6 SCR反應(yīng)區(qū)流量計增加濾網(wǎng)及旁路

 SCR反應(yīng)區(qū)質(zhì)量流量計內(nèi)部間隙較小，氨氣中攜帶的固體顆粒物、油狀物等在此處積累．經(jīng)常造成堵塞，由于流量計原設(shè)計上沒有設(shè)置旁路．堵塞后脫硝系統(tǒng)不得不退出運行。脫硝系統(tǒng)頻繁退出后解體流量計清理堵塞物，對鍋爐運行影響較大。為避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，在流量計前增設(shè)過濾精度為2.0μm的不銹鋼過濾器，同時在該處設(shè)置旁路，方便檢修和運行。

2優(yōu)化控制

 在某些火電廠SCR脫銷設(shè)備投入運行維護初期，曾出現(xiàn)過一些不恰當(dāng)?shù)臎]備運行方式和缺陷處理方式，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞情況加劇。經(jīng)理論分析和實踐探索，可以得到相對較正確、更完善的運行方式和堵塞處理方法，做到對類似問題進行全面分析，最終優(yōu)化控制。

 根據(jù)氨飽和液和飽和蒸汽的熱力性質(zhì)，可初步得液氨壓力、液氨焓、氣氨焓與溫度的關(guān)系曲線（見圖3）。由圖3曲線趨勢預(yù)設(shè)函數(shù)式，用最小二乘法求解非線性曲線擬合函數(shù)，并用Matlab軟件進行求解，擬合出壓力、液氨焓、氣氨焓與溫度的關(guān)系式(見式(6)~(8))，式中變量同圖3。

2.1  閥體加熱與設(shè)備保溫

 液氨蒸發(fā)系統(tǒng)流程如圖4所示（虛線為技改部分）。機組負荷較低時，由于氨氣使用量較少，氨站蒸發(fā)槽液氨入口調(diào)節(jié)閥開度較小，流通面積驟然變小，導(dǎo)致液氨在該溫度和壓力下節(jié)流，相態(tài)變化導(dǎo)致氣化，溫度顯著降低，從而在該處經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)冰、“結(jié)露”現(xiàn)象。若液氨巾夾帶一些雜質(zhì)．溫度較低時液氨及雜質(zhì)粘度變大，流動邊界層越來越厚，延展面積也越來越大，雜質(zhì)在調(diào)節(jié)閥處堆積，流通面積越來越小，調(diào)節(jié)閥開度雖然逐漸增大，但是雜質(zhì)會繼續(xù)堆積，湍流越來越弱，最終導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥被完全堵塞。

 根據(jù)設(shè)備巡視記錄，正常運行時液氨罐壓力0.88 M Pa,溫度23.7 ℃；蒸發(fā)槽供氨調(diào)節(jié)閥后壓力0.31 M Pa,蒸發(fā)槽出口氨氣壓力0.30 M Pa,蒸發(fā)槽內(nèi)熱水溫度51.4℃，蒸發(fā)槽出口氨氣溫度39.5℃,氨氣緩沖槽出口溫度29.9℃。由式6可以計算出0.88 M Pa時對應(yīng)液氨的飽和溫度為20.57℃,小于實際溫度23.7℃.說明罐內(nèi)液氨為欠飽和狀態(tài)。從蒸發(fā)槽液氨調(diào)節(jié)閥至蒸發(fā)槽，管外徑D=58 mm,長度L=2 230 min.則可以計算出該管段表面積為0.41 m2，管壁內(nèi)外溫度端差27℃，而換熱量根據(jù)式(6)~(8)計算可知，為1 617.68 kJ/kg，可知換熱面積遠遠不足，且流速很快，液氨幾乎不能被環(huán)境加熱，因此導(dǎo)致該管段溫度很低，常年保持在-3℃左右，環(huán)境中的水蒸氣被凝結(jié)，出現(xiàn)“結(jié)露”現(xiàn)象，甚至在冬天經(jīng)常發(fā)生冰凍堵塞情況。如此長期運行，閥門殼體、管道外表面、地面上就會生長青苔，影響文明生產(chǎn)．甚至腐蝕設(shè)備。對此，河源電廠采用了技改方案（見圖4虛線部分），即在蒸發(fā)槽供氨管道、閥門表面覆蓋聚氨酯保溫棉，避免環(huán)境中的水蒸氣在設(shè)備表面凝結(jié)；供氨調(diào)節(jié)閥后管段溫度在0℃以下．利用蒸發(fā)槽溢流出來的熱水，加熱該管段，液氨流量較大時，熱水的溢流量也較大，適當(dāng)加熱，自然調(diào)節(jié)，解決了該管段冰凍堵塞現(xiàn)象。

 根據(jù)以上分析認為，應(yīng)將供氨調(diào)節(jié)閥盡量靠近蒸發(fā)槽，即在保證閥門間距、方便運行操作的前提下，盡量縮短供氨調(diào)節(jié)閥至蒸發(fā)槽的管道長度，以減少冷凍管道距離，此為設(shè)計上需要重點考慮的方面之一。

2.2  完善調(diào)節(jié)閥控制邏輯

 由上述分析可知，由于蒸發(fā)槽液氨入口調(diào)節(jié)閥前后壓力為0.88 M Pa和0.31 M Pa，該閥前后溫度為23.7℃和-3.5 ℃，壓力和溫度變化均較大，且運行中該調(diào)節(jié)閥開度較小；而緩沖罐氨氣入口調(diào)節(jié)閥的調(diào)整范圍為0.25—0.35 M Pa，緩沖罐無法起到系統(tǒng)設(shè)置中“緩沖”的目的，因此需要完善這2個調(diào)節(jié)閥的控制邏輯，蒸發(fā)槽液氨入口調(diào)節(jié)閥目標值調(diào)整為0.70 M Pa，緩沖罐氨氣入口調(diào)節(jié)閥目標值調(diào)整為0.35 M Pa，緩沖罐氨氣出口調(diào)節(jié)閥目標值調(diào)整為0.30 M Pa，以使壓力漸次降低，逐步調(diào)整。

 由式(6)計算出0.70 M Pa液氨的溫度為13.4℃，比調(diào)整前-3.5℃ 提高了約17℃�？刂七壿嬚{(diào)整以后．運行過程中管道、閥門表面“結(jié)露”現(xiàn)象幾乎沒有，低溫堵塞現(xiàn)象被杜絕，而且兩調(diào)節(jié)閥的開度均在40%左右，避免了閥門長期節(jié)流磨損閥芯情況的發(fā)生。

 綜合閥體加熱與設(shè)備保溫技改內(nèi)容及調(diào)節(jié)閥控制邏輯調(diào)整，截至2016年3月，氨站蒸發(fā)槽液氨入口調(diào)節(jié)閥管段污堵、凍結(jié)現(xiàn)象未再發(fā)生。

3討論

 (1)供氨管道不可伴熱。由前文計算得知．儲氨罐及蒸發(fā)槽人口管內(nèi)液氨處于欠飽和狀態(tài)．若在液氨罐出口管上設(shè)置伴熱，液氨會在管道內(nèi)部分氣化，吸收環(huán)境熱量后溫度降低，又會有部分氨氣凝結(jié)，如此反復(fù)，氣蝕現(xiàn)象頻繁發(fā)生．最終會導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此，儲液罐出口管道上不可伴熱。

 (2)自熱氣化不可取。在設(shè)備運營初期氣溫較高時，運行人員為節(jié)約輔助蒸汽用量，利用環(huán)境溫度加熱液氨罐，讓液氨在罐內(nèi)自然氣化。雖然這種運行方式可以持續(xù)供氨幾天，但是隨著機組負荷增加，脫硝用氨量增加，類似2.1節(jié)計算的管道換熱面積及內(nèi)外溫差，可知通過環(huán)境與液氨罐表面換熱的方式不能把足量的液氨氣化．氨的氣化潛熱通過液氨表面與環(huán)境進行熱交換過程不能及時完成，就會導(dǎo)致供氨溫度、壓力持續(xù)下降，設(shè)備巡視參數(shù)環(huán)境溫度盡管30℃左右．但是罐內(nèi)溫度最低時僅5 ℃，壓力0.5 M Pa。同時，以儲氨罐作為換熱器，會導(dǎo)致罐體的疲勞應(yīng)力累積．表面大量凝結(jié)水導(dǎo)致油漆剝落，罐體、閥門及地腳螺栓腐蝕，因此必須杜絕這種運行方式。

4結(jié)語

 本文分析總結(jié)了火電廠SCR脫硝系統(tǒng)液氨蒸發(fā)槽入口調(diào)節(jié)閥、蒸發(fā)槽、SCR反應(yīng)區(qū)質(zhì)量流量計等處堵塞原因，并給出了處理方法及控制策略．使問題得以解決。實踐表明，采取有針對性的措施，加強運行管理，適時對設(shè)備進行重大維護等．對火電廠SCR脫硝氨系統(tǒng)正常運行至關(guān)重要．所得經(jīng)驗可供同類電廠借鑒。