烟气脱硝评价装置制氮系统运行故障分析及处理

岳彦伟，谢兴星，季俊飞，闫 力

(大唐南京环保科技有限责任公司，江苏 南京 211111)

对烟气脱硝催化剂工艺性能指标检测时，在烟气模拟环节，实验室采用的有配气法和燃烧法两种。笔者所在实验室，采用小型制氮系统提供氮气，与高纯的NO、NH3、SO2等气体混合模拟原烟气组分进行试验测试。制氮装置运行过程中故障时有发生，对催化剂检测工作造成较大影响。现将制氮系统维护和维修处理过程中所获得的经验进行分享。

1 制氮系统工艺流程介绍

制氮系统主要由空压机、空气净化组件(管道预过滤器、冷冻式干燥机、精过滤器、超精过滤器、除油器)、制氮机组成。

空压机将原料空气压缩，使空气压缩到0.7 MPa。压缩空气通入空气净化组件，先由管道预过滤器分离一部分油、水和固体粒子从排污阀排出，剩余压缩空气进入冷冻式干燥机去除水分，经过精过滤器和超精过滤器两级过滤将固体粒子过滤到0.01μm，再经过活性炭除油器将压缩空气含油量脱除在小于等于0.003mg/m3，从而达到气源洁净标准。净化后的压缩空气通入两个缓冲罐，其中一个空气缓冲罐中的空气(约21%O2)作为实验室氧气气源，另一个空气缓冲罐中的空气作为制氮机的气源。

制氮机通过变压吸附分离原理，利用分子筛对不同气体吸附性能的差异，将空气中的氮气分离出来。工作流程如下：先是空气缓冲罐中的压缩空气从制氮机底部进入左吸附塔开始加压吸附[1]，空气中的氧气和二氧化碳等被分子筛选择性吸附并截留于塔内，剩余纯氮气从吸附塔上部排入氮气缓冲罐备用[2]。左塔吸附完成后，开始解压再生，将吸附的氧气和二氧化碳等排放大气；与此同时，右吸附塔开始增压吸附。然后，两吸附塔并联交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流[3]。最终制得的氮气纯度可达99.9%，可作为烟气脱硝评价装置的烟气气源，也可用于烟气分析仪和氨逃逸分析仪等仪表吹扫气。

2 制氮系统主要故障分析

2.1 分子筛喷筛

分子筛喷筛是指消声器出现黑色烟雾的异常情况，黑色烟雾一般为粉化后的分子筛。喷筛前期现象为氮气流量下降，通过调节流量发现故障并未改善，检查氮气分析仪发现分析仪并无故障，接着检查吸附压力，因为进气压力无恙，故减压阀、过滤器、冷干机、气动阀均无恙。此时在制氮机继续工作的情况下，很容易出现喷筛现象。喷筛的直接原因是分子筛粉化或者吸附塔内部组件损坏，粉化或损坏的发生是有多种可能原因的。

2.1.1 空压机气源压力波动

空气中腐蚀性气体、空气湿度、空气中粉尘、水中有害离子形成沉积物都可能对空压机内部构件造成腐蚀，影响工作性能，使出气压力产生一定波动，这很容易对分子筛产生冲击，造成磨损。

2.1.2 空气净化组件异常

分子筛吸湿能力极强，忌油和液态水，在进入吸附塔之前需要除去压缩空气中的油污和水分[4]，净化组件的正常工作显得尤为重要。冷干机及排水阀异常会使水分过大，除油器内活性炭饱和或失效会使油分过大，各级过滤器滤芯损坏会使剩余固体粒子粒径变大、数量变多，气源含油量、含水量、固体粒子量低于气源洁净标准，会使分子筛硬度降低，使吸附效率下降，同时加剧分子筛粉化。

2.1.3 分子筛填充不实

吸附塔在填充分子筛时需要振动工具使其填充密实，如果填充不实，当有气流经过时，会使分子筛位移过大，运动过于剧烈，内部摩擦加大，加速粉化。

2.1.4 阀门故障

制氮机管路配置电磁阀、角座式气动阀进行管路切断或流量调节，阀门故障会使制氮机进入紊乱的气流，加大分子筛之间的摩擦，加剧粉化。

2.1.5 压紧装置损坏

吸附塔内压紧装置的作用是始终压紧吸附塔内的碳分子筛，防止分子筛因下沉而产生窜动造成粉化。压紧装置损坏就不会对分子筛施加压力，使吸附塔内空间体积过大，分子筛发生粉化破碎。

2.1.6 内部构件开裂

分子筛会因为气流产生位移，冲击会对滤网、棕垫、中部通气头、均布板这些内部构件造成破损或开裂，造成分子筛泄露。

2.2 氮气纯度不合格

制氮机制得的氮气纯度可达99.999%，烟气脱硝评价装置测试过程中，氮气作为烟气气源和分析仪表吹扫气，要求纯度达到99.9%。在制氮机工作过程中，有时会出现氮气纯度下降的情况，对催化剂评价测试结果产生影响。氮气纯度的不合格也是有多个可能原因的。

2.2.1 气源压力不稳定

空气缓冲罐中气体压力一般为0.7MPa时进行变压吸附，压力不稳定会使分子筛的吸附过程不能完全进行，未被吸附的氧气、二氧化碳随氮气进入氮气缓冲罐，导致氮气纯度降低。

2.2.2 过滤器压差大

当过滤器滤芯吸附了过多固体粒子时，会对气体流动产生一定影响，使经过过滤器的气体前后压差加大，这会对气源压力造成一定影响，影响氮气纯度。

2.2.3 气动阀故障

气动阀是借助压缩空气驱动对气体流量控制的阀门，气动阀不动作或漏气会使气源工作流量改变，气源压力发生明显改变，影响氮气纯度。

2.2.4 分子筛失效

气源达不到洁净标准，携带过多水、油和固体粒子进入吸附塔，这些物质被吸附进入分子筛，会堵塞分子筛内部微孔，使分子筛吸附能力下降或失去，即分子筛失效。分子筛失效意味着不能很好的吸附气源中氧气，供气氧气含量增大，氮气纯度相应降低。

2.2.5 氧分析仪偏差或失灵

氮气缓冲罐后端采用氧气分析仪测量氧气浓度，氧电极将氧气浓度转为电信号，经过减法换算显示气体中氮气浓度。进气管漏气、氧电极被污染或失效都会使氮气含量示数错误，造成氮气纯度不合格的现象。

3 制氮系统主要故障处理

3.1 分子筛喷筛

分子筛喷筛之后首先需要做的是对粉化的分子筛进行过滤，并且添加相应量的分子筛，填充的同时需要采用专业填充振动设备以保证回装密度。之后针对一些可能的原因进行对应的处理措施。

3.1.1 空压机

定期维护保养检查，定期更换空滤器、空滤芯、油过滤芯、油分离芯、冷却油，定期清洗冷却器芯和冷却器，定期润滑电机。

3.1.2 空气净化组件

定期更换过滤器滤芯，定期更换除油器活性炭，及时检查冷干机及排污阀工作状态，在使用过程中需要及时排除水和油污以减轻净化设施负荷[1]。

3.1.3 阀门

注意阀门的工作状态，发现异常及时检修并分析可能的故障原因，如有必要及时更换。

3.1.4 压紧装置

更换吸附塔机械压紧装置锁紧螺杆弹簧，定期检查压紧装置位置并记录。针对分子筛料位，还需要在气缸法兰密封面上方设置对应的分子筛料位低限，当料位低于低限时，就需要及时填补分子筛。

3.1.5 内部构件

分子筛填充的同时需要对棕垫、滤网、均布板、密封件进行更换，对中部通气头进行加固。

3.2 氮气纯度不合格

产品氮气纯度达不到要求时只能将其放空[5]，极大的浪费资源，不符合经济化需求，需要及时消除故障以保证氮气纯度。故障排除方法见表1。

表1 氮气纯度不合格故障原因及对应排除方法

4 结语

烟气脱硝评价装置制氮系统主要由空压机、空气净化组件和制氮机组成，在运行过程中主要故障为分子筛喷筛和氮气纯度不合格。通过对故障进行原因分析和处理，可大大降低设备故障率，提升气源纯度和稳定性，有效保证测试工作的连续性和安全性。