燃煤锅炉脱硝系统供氨管路堵塞原因分析及对策

徐书德，卢泓樾

（浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江 兰溪 321100）

燃煤锅炉脱硝系统供氨管路堵塞原因分析及对策

徐书德，卢泓樾

（浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江 兰溪 321100）

兰溪电厂600 MW机组锅炉SCR脱硝系统在运行中频繁出现液氨蒸发系统进口调节阀后管路堵塞，引起脱硝系统供氨量下降，导致脱硝效率下降甚至脱硝系统退出运行。通过分析堵塞的主要原因，提出采取系统改造、定期维护和运行方式调整等措施，实施后液氨蒸发器出口氨气压力恢复至设计值。通过对液氨蒸发系统进口调节阀后管路内杂质的化学成分、存在原因及形成机理进行详细分析，制定并实施相应的防范措施，保证了脱硝系统的正常运行。

燃煤锅炉；脱硝；液氨蒸发系统；进口调节阀；堵塞

近年来，为满足国家对燃煤发电厂日益提高的环保要求，各电厂逐渐完成了在役机组的脱硝改造。但随着运行时间的推移，脱硝系统的各种问题逐渐暴露，以液氨蒸发系统堵塞问题最为严重。兰溪电厂采取系统改造、定期维护和运行方式调整等措施，解决了脱硝氨气压力偏低的问题。

1 脱硝系统简介

兰溪电厂4台机组于2007年5月全部投产，均为国产600 MW超临界燃煤机组，锅炉为北京巴威公司生产的超临界压力、一次再热直流锅炉，采用单炉膛，∏形岛式露天布置，平衡通风，前后墙对冲燃烧方式，固态排渣，全钢架悬吊结构，型号为B&W B-1903/25.4-M。设计煤种为淮南烟煤，在BMCR（锅炉最大蒸发量）工况下的NOX保证值为不大于450 mg/m3（干烟气，O2=6%）。2012年首台机组实施脱硝改造，至2014年6月，4台机组全部改造完毕。

脱硝采用SCR（选择性催化还原）技术，在设计煤种、600 MW工况处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于80%，脱硝催化剂采用2＋1模式布置。脱硝系统由液氨存储蒸发区和SCR反应器区组成，其中液氨存储蒸发区主要由卸氨压缩机、液氨储罐、紧急卸氨器、液氨蒸发系统进口调节阀、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨区废水池等组成，如图1所示。液氨蒸发系统的设计参数为：脱硝系统设计氨耗量（80%脱硝效率）为1 248 kg/h，蒸发器的设计蒸发能力为1 500 kg/h，液氨储罐至液氨蒸发器管道直径40 mm。液氨蒸发系统设计3只进口调节阀，正常运行时调节阀2只运行、1只备用。

图1 兰溪电厂液氨蒸发系统

2 故障现象及处理情况

兰溪电厂氨区2012年11月15日第一次进氨，11月17日开始首次供氨。自2013年12月26日起，频繁发生液氨蒸发系统在3只进口调节阀全开的情况下，液氨蒸发器仍然无法维持氨气压力的现象。

2013年12月26日发现液氨蒸发系统氨气压力无法上升的缺陷后，立即对液氨储罐、液氨蒸发系统进行彻底清理，清理时发现液氨储罐内有部分油污、液氨蒸发系统内有白色结晶物。彻底清理后，液氨蒸发系统稳定运行了9个月。

自2014年9月开始，液氨蒸发系统又频繁发生堵塞现象。2014年10月1日，将液氨蒸发系统供氨调节阀后管路解体，发现其堵塞严重，如图2所示。清理后，系统恢复正常运行。针对液氨蒸发系统频繁堵塞的情况，系统新增1路供氨调节阀D，2014年12月12日，供氨调节阀D运行127 h后出现堵塞，解体后发现有结垢现象，经清理后液氨蒸发系统恢复正常运行。

图2 供氨调节阀阀后短管堵塞情况

3 堵塞原因分析

3.1 堵塞物成分检验

兰溪电厂在2014年1月和2015年2月分别对液氨储罐及蒸发系统管道进行了集中清理。第一次清理发现液氨储罐内存在铁锈、油污等，第二次清理仅发现液氨储罐内有少许油污。同时对液氨管道内堵塞物取样，并委托浙江省电力公司电力科学研究院按照GB/T 19500-2004《X射线光电子能谱分析方法通则》进行成分分析，结果如表1所示。

表1 液氨管道堵塞物成分分析结果（2014年1月）

2014年10月，因液氨蒸发系统再次堵塞，将堵塞物再次取样委托浙江省电力公司电力科学研究院进行成分分析，结果如表2所示。

表2 液氨管道堵塞物成分分析结果（2014年10月）

2次化验结果基本一致，堵塞物主要成分为Fe2O3。

3.2 Fe2O3存在原因分析

3.2.1 液氨存储设备腐蚀

兰溪电厂液氨储罐材质为Q345R（低合金钢），氨区阀门阀体材质为WCB（碳素钢），氨区管道材质为碳钢。该厂分别在2014年1月、2015年2月对液氨储罐及相关管路、阀门进行清理和检查，结果表明液氨储罐、管路、阀门均无腐蚀现象。

3.2.2 液氨生产设备老化

新建液氨生产厂商设备多为不锈钢材质，而建厂较早的生产厂家的液氨合成塔、液氨储罐、液氨输送管道等设备多为碳钢材质。液氨理论上不与黑色金属发生化学反应，但是若液氨含水，则会强烈腐蚀黑色金属。同时若设备服役时间过长，则不可避免地会出现铁锈即Fe2O3，从而进入液氨中。

3.2.3 合成氨工艺及液氨品质

我国的合成氨生产基本以煤或焦碳为原料，大多采用固定床常压气化传统工艺。这种工艺首先制取原料气，然后将原料气提纯，去除N2和H2以外的杂质，而后经压缩机加压后送入合成塔，在催化剂（主要成分Fe2O3）作用下生成NH3。

目前国内液氨生产厂家均按照GB 536-88《液体无水氨》标准要求来控制液氨品质，如表3所示。

表3 液体无水氨品质标准

淮南某电厂液氨蒸发系统与兰溪电厂相同，该厂液氨蒸发系统自2012年11月投运以来，从未发生堵塞现象。因此将2个电厂的情况进行对比，分析堵塞原因。2个电厂的入厂液氨品质化验结果如表4所示。

表4 电厂液氨品质化验结果

由表4可见，兰溪电厂采用的液氨除了油含量达到一等品的要求外，其它指标均达到优等品的标准。兰溪电厂的液氨供应商为浙江某化工企业，该企业采用煤为原料合成液氨，在生产过程中采用以Fe2O3为主要原料的催化剂，该企业已有五十多年的历史，设备以碳钢材质为主且老化严重，所以在液氨中铁含量较高。而淮南某电厂的液氨供应商采用水煤浆合成氨技术，生产设备均为不锈钢材质。该工艺虽然也使用铁基催化剂，但相比煤制液氨工艺，其生产过程中溶入到液氨的铁成分大幅度下降。水煤浆在合成氨的过程中使用特殊的油气分离技术，保证氨和压缩机内油分离更为彻底。所以该企业液氨中铁和油的含量大幅度降低，液氨品质达到了优等品要求。

从表4可以发现，兰溪电厂所用液氨中铁含量是淮南某电厂液氨中铁含量的8.3倍，因此认为淮南某电厂液氨蒸发系统投运2年未发生堵塞的原因是Fe2O3在其管道中堆积的量还没有达到堵塞的程度，但随着运行时间的增长，淮南某电厂液氨蒸发系统也不可避免地会发生堵塞。

3.3 堵塞物形成机理分析

由合成氨工艺可知，在生产液氨的过程中需接触Fe2O3，伴随着催化剂的使用及设备的老化，在液氨中不可避免会存在Fe2O3。由于Fe2O3不溶于液氨，且其颗粒过小，因此以胶体的形态存在于液氨中，普通滤网无法将其滤除，同时也不会沉积在液氨储罐底部，只有在液氨压力降低气化时才析出。因此兰溪电厂每次发生液氨蒸发系统堵塞时，解体设备均发现堵塞物聚集在液氨蒸发系统进口调节阀后管路。

4 采取的措施

（1）提高液氨品质。

提高液氨品质，降低液氨中铁的含量可以缓解液氨蒸发系统的堵塞，若采购的液氨中完全不含铁则不会发生液氨蒸发系统的堵塞现象。

（2）提高液氨储罐供氨管路在液氨储罐内的高度。

由合成氨工艺可知，在氨的合成过程中需要多次使用压缩机进行加压，造成了氨与压缩机油的多次接触，虽然在合成氨时进行油与氨的分离，但是有些液氨生产厂家仍将部分油污带入液氨中。

液氨储罐供氨管路原设计在储罐底部最低点，随着液氨储罐使用时间的增加，液氨中的部分油污沉积在储罐底部，此时将会有部分油污进入液氨蒸发系统。兰溪电厂将液氨储罐内供氨管路高度提高了25 cm，这一情况得到了大大改善。

（3）增加液氨蒸发系统进口调节阀。

液氨蒸发系统原设计3只进口调节阀，1只液氨蒸发系统进口调节阀正常情况下可供2台机组使用，正常运行时2只调节阀供氨，1只备用。

液氨蒸发系统进口调节阀堵塞时，一般2只同时堵塞，为了防止脱硝系统退出运行，兰溪电厂利用液氨储罐底部备用接口，新接1路供氨管道和调节阀D至液氨蒸发器，该供氨管道通径由DN40提高到DN50，有效提高了供氨能力。经试验，液氨蒸发系统进口调节阀D单只阀门只需开至60%，即可为4台满负荷机组提供脱硝用氨。

（4）增加液氨蒸发系统吹扫、清洗管路。

在每只液氨蒸发系统进口调节阀前后管路上增加通氮、水冲洗管路。定期对液氨蒸发系统进口调节阀管路进行正向或反向的通氮气或水，对管路进行吹扫和清洗，去除堵塞物，防止堵塞现象发生。

（5）定期清理液氨储罐或液氨储罐定期排污。

液氨的生产过程中不可避免地将部分油污带入液氨中。虽然抬高液氨储罐供氨管路在液氨储罐内的高度可以减少油污进入液氨蒸发系统，但是油污仍存在液氨储罐内，需要定期进行清理，防止油污溢出后再次进入液氨蒸发系统。

液氨储罐定期排污可将储罐内油污等杂质排出，但考虑到增加的排污管需专业设计，同时还需增加煮氨器、氨气回收管路等设备，投资较高，因此兰溪电厂未进行排污改造。

5 结语

通过对兰溪电厂液氨蒸发系统堵塞现象及其发生原因进行详细分析，得出火电厂液氨蒸发系统频繁发生堵塞的原因是液氨中含有的胶体状Fe2O3在液氨压力降低时析出所致。通过采取一系列措施，最终解决这一问题，保证了脱硝系统的正常运行。

[1]郝艳红．邱丽霞．火电厂燃煤锅炉烟气处理系统分析及应用[J]．科技情报开发与经济，2006，16（7）∶166-167．

[2]张大兴，张丙刚.330 MW锅炉脱硝系统氨气压力低原因分析及对策[J].广西电力，2012（12）∶40-42.

[3]尹有军，董云鹏.合成氨的生产与发展趋势[J]．化学工程师，2001（4）∶40-41.

[4]GB 536-88液体无水氨[S].北京：中国标准出版社，1988.

[5]盛竹叶.以水煤浆为原料的大型氮肥装置国产化探讨[J].化工设计，1997（1）∶8-9.

（本文编辑：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

徐书德（1971），男，工程师，主要从事火电厂技术管理工作。