SCR脫硝系統氨管道堵塞原因分析及對策

邢希東

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301907）

SCR脫硝系統氨管道堵塞原因分析及對策

邢希東

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301907）

某600MW機組脫硝系統在運行中發生鍋爐側脫硝系統供氨流量下降、供氨壓力下降、脫硝出口氮氧化物含量上升的異常現象，主要原因是采用碳鋼管做為供氨管道，導致鐵的氧化物雜質堵塞了供氨系統閥門門芯，而冬季過低的環境溫度影響了氨氣流量是雜質在門芯等位置積存的誘因，通過更換氨管道材質并對供氨管道加強保溫解決了異常現象，保證了脫硝的正常運行。

環保達標排放；氮氧化物；SCR脫硝；液氨；氧化物；不銹鋼

引言

我國當前的大氣環境形勢依然嚴峻，區域性大氣污染問題突出，直接影響了經濟可持續發展和人民群眾的身體健康。2010年我國二氧化硫、氮氧化物排放總量位居世界第一位，重點區域城市的二氧化硫、可吸入顆粒物年均濃度是歐美發達國家的2～4倍。“十二五”期間是我國全面建設小康社會的關鍵時期，工業化、城鎮化將繼續快速發展，為了切實改善環境質量，降低大氣中氮氧化物的含量，國家規定加快燃煤機組低氮燃燒技術改造及脫硝設施建設，單機容量20萬千瓦及以上、投運年限20年內的現役燃煤機組全部配套脫硝設施。本文介紹了天津某發電公司利用大修機會對兩臺機組進行鍋爐脫硝改造，對在煙氣脫硝系統運行期間，發生因氨管道被雜質堵塞無法正常供氨的異常現象進行了研究。

1 設備及項目概述

1.1 機組概述

天津某發電公司2×600MW火電機組是我國華北地區建設投產最早的600MW亞臨界火電機組，是京津唐電網的主力機組。被國家計委列為1996年利用國家外匯儲備購買國產發電設備發展民族工業的試點項目。工程于1998年10月開工，其中三號機組于2001年12月18日正式投產，四號機組于2002年6月5日正式投產。

鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司制造HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，亞臨界、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構架、懸吊結構、控制循環汽包鍋爐。鍋爐采用三分倉回轉式空氣預熱器，平衡通風，擺動式四角切圓燃燒器。設計燃料為準格爾煤。6套正壓直吹式制粉系統，配置ZGM123型中速磨煤機，A、B磨煤機對應的燃燒器裝有等離子點火裝置，設計上未預留脫硝系統安裝位置。

1.2 SCR脫硝系統介紹

該公司的脫硝系統采取選擇性催化還原法（SCR）去除煙氣中NOx。還原劑采用純氨（純度≥99.6%），由液氨槽車運送，利用卸料壓縮機，將液氨從槽車輸入液氨儲罐內，并依靠自身重力和壓差將液氨儲罐中的液氨輸送到液氨蒸發槽內，利用輔汽提供的熱蒸發為氨氣，后經與稀釋風機鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合后，送達氨噴射系統。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來自鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進入SCR反應器，SCR反應器采用高灰型工藝布置（即反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間），通過催化劑進行脫硝反應，最終從出口煙道至鍋爐空預器，達到脫硝目的。整套脫硝裝置主要由SCR反應區和氨站區兩個區域組成。

脫硝系統布置在鍋爐省煤器和空預器之間的位置（見圖1）。根據鍋爐機組現狀，SCR反應器系統按一臺機組配置兩臺脫硝反應器，煙道分兩路從省煤器后接出，經過垂直上升后變為水平，接入SCR反應器，反應器為垂直布置，經過脫硝以后的煙氣經水平煙道接入空預器入口煙道。

圖1 脫硝SCR工藝系統（單側）布置圖

選擇性催化還原法是利用氨對NOx的還原功能，使用氨氣作為還原劑，將體積濃度為5%的氨氣通過氨注入裝置（AIG）噴入溫度為280℃～420℃的煙氣中，在催化劑作用下，氨氣將煙氣中的NO和NO2還原成無公害的氮氣和水，“選擇性”的意思是指氨有選擇地進行還原反應，在這里只選擇NOx還原。

催化劑是整個SCR系統的核心和關鍵，催化劑的設計和選擇是由煙氣條件、組分來確定的，影響其設計的三個相互作用的因素是NOx脫除率、NH3的逃逸率和催化劑體積。

上述脫硝反應是在反應器內進行的，反應器布置在省煤器和空氣預熱器之間。反應器內裝有催化劑層，進口煙道內裝有氨注入裝置和導流板，為防止催化劑被煙塵堵塞，每層催化劑上方布置了吹灰器。SCR脫硝反應所需的還原劑氨氣，可以通過液氨、氨水及尿素三種化學藥品獲取。在能保證藥品正常供應的情況下，優先選擇液氨作為還原劑。

該工程煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路，每路煙氣垂直布置的SCR反應器，經過均流器后進入催化劑層，每臺鍋爐配有2個SCR反應器，經過脫硝以后的煙氣直接接入空預器入口煙道，然后經空預器、電除塵器、引風機和脫硫裝置后，排入煙囪。在進入煙氣催化劑前設有氨注入的系統，煙氣與氨氣充分混合后進入催化劑反應，脫去NOx。鍋爐SCR區供氨系統布置見圖2。

2 脫硝系統SCR區供氨壓力下降分析及解決

脫硝系統在運行中遇到了一些較為重大的問題，該公司技術人員通過分析、測試等大量工作，解決了遇到的難點問題，保證了脫硝系統穩定達標運行。

2.1 異常過程及現象

在冬季，鍋爐脫硝SCR系統發生了多起管道閥門堵塞異常，主要表現為供氨壓力從正常的85kPa降至20kPa以下，經采取有關措施后，系統恢復正常。主要的處理過程為：1）就地手動開關活動供氨關斷閥門；2）發現閥芯有黑色粉末異物，活動閥門失效，檢修更換定壓閥；3）未解體管道及閥門，提高氨區供氨壓力，強制吹掃；4）發現閥芯及管道內壁有一定量的黑灰色粉末，拆除閥門疏通閥芯，用壓縮空氣進行管道吹掃。

2.2 雜質樣品化驗分析

經現場檢查，自立式調壓閥閥芯及后面管道中均發現粉末狀雜物，從異常處理過程可以看出，供氨管道中有雜物，氨氣流速降低，雜質堵塞供氨系統的節流處（速關閥、定壓閥閥芯等處），導致供氨不暢，SCR區供氨壓力下降。因此查清楚雜質來源是解決該問題的關鍵。

經電廠技術人員和化驗人員對雜質進行初步分析，結果如下。

（1）外觀分析

從供氨管道和閥門中取出的雜質見圖3。取出雜質的顏色有黑色和土黃色兩種，除雜質的干濕度有不同之外，外觀基本一致，為粉末或結塊形狀，結塊可碾碎，均有明顯的臭味及氨氣刺激味。

（2）雜質磁性分析

在電廠化驗室通過磁鐵試驗，發現該雜質能夠被磁鐵吸附（見圖4），表明其中含有鐵或鐵的氧化物；由于該電廠不具備化驗條件，具體成分需送至電科院進行分析。

圖4 雜質磁性試驗

（3）雜質溶水性分析

在該電廠化驗室中，取少量雜質放入水中，攪拌均勻后雜質在水中沉淀，并明顯分層（見圖5），說明該雜質不溶于水。

圖5 雜質溶水性試驗

將現場提取的雜質樣品送至相關電科院進行成分分析，結果如下表。從上述樣品氧化物含量的分析結果看，雜質中的主要氧化物為Fe2O3。

某電科院對雜質樣品氧化物含量分析表

3 氨管道內產生異物的原因分析

3.1 液氨品質問題

如果采購的液氨本身含有雜質，那么必然會造成液氨蒸發區和氨氣管道中帶有雜質，堵塞管道。華中某發電公司也曾發生過因液氨品質問題導致氨蒸發區調整門門芯堵塞，經更換液氨廠家后，問題得到了解決。該公司一直采用的是同一廠家的液氨產品，經廠家化驗，液氨純度＞99.6%，殘留物含量＜0.04%，符合產品要求，結合本次該廠發生異常現象前的運行情況，基本可以排除液氨來源的問題。

3.2 管道安裝遺留物問題

脫硝系統管道在安裝時均采取封堵措施，投運前也經過吹掃和氨氣置換，有粉末狀殘留物存留的可能性不大。華東某發電廠曾發生過因管道和氨罐中有殘留物，導致運行中發生堵塞閥門門芯的異常，但取樣的樣品外觀與該公司的樣品明顯不一樣，因此基本可排除是遺留物的問題。

3.3 管道材質的影響

該公司的氨存儲區、蒸發區和SCR區內的主要管道設計、施工均是采用碳鋼管。本次管道堵塞雜物樣品的化驗結果也表明，碳鋼氨管道和氨發生腐蝕形成鐵的氧化物的可能性較大，同時結合某些氨泄漏事故分析結論，考慮到碳鋼的耐腐蝕性不強，為防止碳鋼管道因酸腐蝕尤其是焊口等高應力部位因腐蝕而發生泄漏，該公司決定利用年終機組小修的機會對氨管道進行更換。

3.4 環境溫度的影響

通過對發生SCR區氨氣管道堵塞時間段的各相關參數分析，發現近期恰逢秋冬交替季節，環境溫度明顯下降，夜間最低溫度接近于0℃。同時，SCR區的氨氣管道布置在戶外的露天場所，平臺處的風力較大，氨氣在氨蒸發器的出口溫度最低在40℃以上，但SCR區的氨氣溫度最低在10℃以下。環境溫度的明顯下降，導致供氨管道外壁結露嚴重，有可能造成氨氣密度增大流速相對降低，如果氨氣管道中有一定的粉末狀雜質，對其攜帶能力下降，極易在閥門、閥芯等節流明顯的部位形成沉積，最終會導致出現堵塞，出現供氨壓力、流量下降的異常現象。

4 采取的措施

基于對氨管道內出現異物的可能原因的分析及排除，該公司采取了如下措施：

（1）向環保局申請退出脫硝系統，對整個氨管道采取分段對空壓縮空氣吹掃，徹底清除管道內雜質及異物；

（2）對SCR區供氨閥門門芯進行疏通及清理，部分閥門更換新閥門；

（3）對SCR區主要管道、閥門采取加棉被等臨時保溫的措施，同時對SCR區域平臺加裝了臨時擋風墻加強了保溫；并計劃利用檢修機會對SCR區管道增加蒸氣伴熱系統；

（4）利用年底機組檢修機會，更換了從氨罐第一道法蘭至SCR區氨氣空氣混合器之間所有的液氨、氣氨管道，更換為耐腐蝕性更好的不銹鋼管道；

（5）安排專業技術人員繼續進行對氨管道內產生異常的情況跟蹤分析，并持續關注國內同行單位相似情況的處理及解決方法。

通過采取上述措施，該公司的脫硝系統氨管道內產生異物堵塞管道的異常現象得到了控制，脫硝系統運行恢復正常。

5 結語

燃煤發電機組采用煙氣脫硝除氮技術是降低氮氧化物排放的主要技術手段，也是國家進行霧霾治理的主要方法之一。但對于火力發電企業而言，煙氣脫硝運行維護技術仍屬于近幾年接觸的新技術，成功運行的經驗積累尚不足。國內企業通過現場勘查、技術分析、實際試驗等多種手段成功解決了脫硝運行中遇到的難題，保證了煙氣脫硝系統的正常穩定運行，為大氣減排工作做出了貢獻。

國家環境保護部、國家發展和改革委員會、國家財政部.重點區域大氣污染防治“十二五”規劃[Z]. 2012.

Reason Analysis and Countermeasure on Ammonia Pipeline Jam of SCR Denitration System

XING Xi-dong
(Tianjin Datang International Power Generation Co., Ltd, Tianjin 301907, China)

A certain 600MW generating set denitration system takes place abnormity phenomena, such as decline of flux and pressure of ammonia supply from denitration system of boiler side, and ascent of nitrogen oxides content at exit of denitration in its operation. The main reason is to take carbon steel tube as ammonia supply tube so as to cause oxidation impurity of iron to stop the valve core of ammonia supply system. The lower temperature in winter affect the ammonia air flow which causes to happen impurity deposit in the valve core. By replacing the materials of ammonia tube and by taking heat preservation and resolving the abnormity phenomena in ammonia supply tube, the normal operation of denitration is ensured.

complying emission of environmental protection; nitrogen oxide; SCR denitration; liquid ammonia; oxide; stainless steel

X701

A

1006-5377（2015）03-0024-04