燃煤机组脱硝供氨中断的原因及防范措施

2017-09-28文大缀

中国环保产业 2017年9期

关键词：压缩空气氮氧化物调节阀

文大缀

（天津大唐国际盘山发电有限责任公司，天津 301907）

燃煤机组脱硝供氨中断的原因及防范措施

文大缀

（天津大唐国际盘山发电有限责任公司，天津 301907）

针对某电厂2×600MW燃煤机组SCR烟气脱硝系统两起因设计不完善、选型不合理导致供氨中断的异常事件，分析了该事件采取的防范措施等，提出了提高脱硝供氨系统稳定性，保证氮氧化物达标排放，杜绝污染物超标排放事件发生的设备改造建议。

烟气脱硝；氮氧化物；超标排放；燃煤机组；供氨中断

引言

随着国家对大气污染治理力度不断加大，燃煤机组开始大规模进行超低排放改造，以满足烟气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度（标准状态、干基、6%O2，下同）分别不超过10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3[1]。脱硝系统由于投入运行时间较短，生产人员运行、维护经验不足以及设计不完善、设备选型不合理、安装工艺不良等原因，易发生氮氧化物超标排放事件[2～3]。而一旦发生污染物排放浓度小时均值超标事件，将会使企业面临巨额的经济处罚，并会对企业形象造成巨大的负面影响。某电厂两台600MW燃煤机组分别于2015年11月和2016年3月完成超低排放改造。在烟气脱硝系统运行期间，发生两起因脱硝供氨系统设备异常造成供氨中断的事件，其中一次还导致氮氧化物排放浓度短时超标。本文通过对事件原因进行分析，研究了避免类似事件再次发生的解决方法。

1 设备概况

该电厂2×600MW机组锅炉系HG-2023/17.6-YM4型锅炉，为亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型布置、全钢构架悬吊结构、半露天布置、控制循环汽包炉，采用三分仓回转式空气预热器，平衡通风，摆动式燃烧器四角切圆燃烧。两台机组分别于2012年12月和2013年12月完成脱硝改造，在锅炉省煤器与空气预热器之间加装两台脱硝反应器。脱硝工艺采用选择性催化还原（SCR）法，还原剂采用纯氨（纯度＞99.6%）。液氨储罐中的液氨依靠自身重力和压差输送到液氨蒸发槽内，利用蒸气提供的热量蒸发为氨气，通过管道和反应器区阀门后（见图1），再与稀释风机鼓入的空气在氨/空气混合器中混合，并送达氨喷射系统。在SCR入口烟道处，喷射出的氨气和来自锅炉省煤器出口的烟气混合后进入SCR反应器，通过催化剂进行脱硝反应，最终从出口烟道输送至锅炉空预器，达到脱硝目的。

图1 工艺流程

2 事件过程及分析

2.1 供氨气动调整门和关断门失去控制气源异常关闭导致供氨中断

2.1.1 事件过程

2016年12月某日，3号机组负荷300MW，4时57分运行人员监盘发现脱硝A侧供氨气动关断门状态黄闪，立即派人就地检查，发现就地脱硝A、B侧关断门和调整门压缩空气供气压力为0，怀疑供气压力管冻冰，通知检修；4时59分B侧供氨关断门变黄，5时03分A侧供氨流量降至零，5时04分A、B侧供氨调整门开始关闭，5时05分B侧供氨流量降至0，5时07分就地打开A、B侧供氨调整门旁路手动门，5时08分手动开启A侧供氨关断门，A侧供氨流量恢复正常。B侧供氨关断门挂不上档，无法手动开启。运行人员立即涨负荷至400MW，降低脱硝反应器入口氮氧化物浓度，并全开低氮燃烧器燃尽风门，关小主燃烧器辅助风门，加大A侧喷氨量，以降低烟囱出口氮氧化物浓度。5时30分检修人员将B侧关断门气动头拆下，用扳手旋转门杆将其开启，B侧开始供氨。5时08分烟气中氮氧化物超标排放（＞50mg/m3），5时34分恢复达标排放，小时均值未超标。

2.1.2 事件分析

为保证供氨系统压缩空气压力稳定，两台机组均于脱硝反应器区设置压缩空气储罐一台，由厂用压缩空气系统供气。因事件发生时为冬季，3号炉脱硝反应器区压缩空气储罐底部排污门开度较小，未能将底部积水排尽，当环境温度降至零下时，压缩空气储罐底部结冰堵塞排污门，导致压缩空气疏水不畅，并带水进入气动调整门和关断门供气管路，造成A、B侧供氨调整门和关断门失去控制气源而关闭，机组氮氧化物排放超标。检修人员用喷灯加热压缩空气储罐底部和各支管将冻冰融化，然后开大排污门将积水排尽，使压缩空气恢复正常供气。

此次异常发生的根本原因在于压缩空气系统设计不合理，未能充分考虑冬季环境温度降低产生的影响，将压缩空气储罐露天设置，且未对压缩空气管路设置保温及加热设施。

2.2 自力式压力调节阀卡涩导致供氨中断

2.2.1 事件过程

2017年4月某日12时22分，4号机组负荷400MW。运行人员监盘发现脱硝A侧供氨流量不随调整门开度变化而增减，立即派人就地检查。12时25分，脱硝A侧供氨流量突然下降至9kg/h，供氨压力变为0，就地检查供氨关断门、调整门、各手动门均在开启位，且未发现供氨管道液氮泄漏，立即通知检修，汇报值长。并通过手动增加B侧供氨流量、全开低氮燃烧器燃尽风门、关小主燃烧器辅助风门等方法降低烟气氮氧化物排放浓度。就地人员通过对比A、B侧供氨管路自力式压力调节阀弹簧状态判断A侧自力式压力调节阀故障，开关取样管手动门及敲打取样管后未消除故障，通过敲打自立式压力调节阀底部弹簧使其动作，阀门开启。12时44分供氨恢复正常，A侧反应器出口氮氧化物浓度最高122mg/m3，烟囱出口最高49.48mg/m3，未超标排放。

2.2.2 事件分析

该自力式压力调节阀为阀后压力控制型，压力设定值为0.1MPa，如图2所示。阀后压力经取样管输入到执行器的下膜室内并作用在顶盘上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定阀芯、阀座的相对位置，以控制阀后压力。当阀后压力增加时，其作用在顶盘上的作用力也随之增加，此时顶盘的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯关向阀座的位置，直到顶盘的作用力与弹簧的反作用力相平衡为止。这时阀芯与阀座的流通面积减少，流阻变大，从而使阀后压力降为设定值。当阀后压力降低时，作用方向与上述相反。检修人员通过对A侧自力式压力调节阀进行检查，发现阀杆附着铁锈等异物造成卡涩，该异物产生的阻力大于弹簧的反作用力，使弹簧失灵，阀芯无法向远离阀座的方向移动，阀门无法开启，导致供氨中断，随后采取了清除铁锈及喷射松动剂的处理措施。经分析认为，阀杆产生铁锈的原因为该阀门选型不合理，未能充分考虑液氨介质的腐蚀性，阀杆长期与液氨接触产生锈蚀。