燃煤機組煙氣脫硝供氨中斷異常原因分析

邢希東（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司，天津 301907）

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燃煤機組煙氣脫硝供氨中斷異常原因分析

邢希東
（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司，天津 301907）

摘 要：某600MW燃煤機組脫硝系統(tǒng)運行中發(fā)生一起供氨中斷導(dǎo)致煙氣氮氧化物超標排放的環(huán)保異常事件。通過對相關(guān)操作、數(shù)據(jù)曲線分析，認為與異常機組共用同一氨站區(qū)的另一臺機組進行氨氣泄漏試驗時系統(tǒng)未隔絕嚴密，造成氨氣用量短時間快速大幅增加是該次異常的直接原因；備用設(shè)備維護不到位導(dǎo)致需要緊急投運時不能投運、液氨蒸發(fā)器液氨入口門不具備流量調(diào)節(jié)功能是導(dǎo)致異常發(fā)生的設(shè)備原因；有關(guān)人員對環(huán)保設(shè)備和相關(guān)試驗重視不夠、檢查不認真，是該次異常的管理原因。相關(guān)經(jīng)驗可為同類型環(huán)保設(shè)施運行提供借鑒。

關(guān)鍵詞：環(huán)保排放；氮氧化物；SCR脫硝；液氨蒸發(fā)器；泄漏

引言

目前，我國面臨的環(huán)境污染問題嚴重，環(huán)境污染問題已經(jīng)對社會經(jīng)濟發(fā)展、人類身心健康產(chǎn)生重大威脅，而大氣污染是環(huán)境污染的重要組成部分。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(qū)域城市的二氧化硫、可吸入顆粒物年均濃度是歐美發(fā)達國家的2～4倍。為了改善環(huán)境質(zhì)量，降低污染物排放，減少大氣中氮氧化物的排放，國家規(guī)定加快燃煤機組低氮燃燒技術(shù)改造及脫硝設(shè)施建設(shè)、單機容量20萬千瓦及以上、投運年限20年內(nèi)的現(xiàn)役燃煤機組全部配備脫硝設(shè)施。

隨著國家環(huán)保部門對電力污染治理要求的不斷提高，絕大部分燃煤電廠開始了大批量燃煤機組的環(huán)保改造。大批量環(huán)保裝置同時投運，現(xiàn)場生產(chǎn)人員缺乏運行經(jīng)驗、重視不夠是近幾年環(huán)保改造高峰期發(fā)生環(huán)保異常的主要原因之一。某發(fā)電公司利用大修機會對兩臺機組進行了鍋爐脫硝改造。煙氣脫硝系統(tǒng)運行期間，發(fā)生了脫硝系統(tǒng)供氨中斷的異常，對其原因進行分析及解決過程介紹如下。

1 設(shè)備及項目概況

1.1 機組概述

某發(fā)電公司鍋爐由哈爾濱電氣集團下屬鍋爐公司制造，型號為HG-2023/17.6-YM4屬于亞臨界、單爐膛、一次中間再熱、固態(tài)排渣、Ⅱ型半露天布置控制循環(huán)氣包鍋爐。設(shè)計上未預(yù)留脫硝系統(tǒng)安裝位置。

1.2 SCR脫硝系統(tǒng)介紹

該發(fā)電公司的脫硝系統(tǒng)采取選擇性催化還原（SCR）法。還原劑采用純氨（純度≥99.6%）。采用電廠輔助蒸氣將液態(tài)純氨進行氣化，蒸發(fā)為氣態(tài)的氨氣與空氣在氨/空氣混合器中混合后，送達鍋爐省煤器出口的煙氣中，混合后的煙氣進入SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器采用高灰型布置。整套脫硝裝置主要由SCR反應(yīng)區(qū)和氨站區(qū)兩個區(qū)域組成。該公司2臺機組共用一個氨站區(qū)，每臺機組單獨設(shè)置SCR區(qū)。

該工程的氨站區(qū)主要包括液氨貯罐、壓縮機、液氨泵、液氨蒸發(fā)器及液氨緩沖器等設(shè)備，設(shè)備布置及系統(tǒng)流程示意如圖1。

圖1 氨站區(qū)設(shè)備布置及系統(tǒng)流程示意

該工程的煙道在鍋爐省煤器受熱面出口處分成左右兩側(cè)煙道，每側(cè)煙道中依次布置有脫硝SCR反應(yīng)器、空氣預(yù)熱器、除塵器、引風機，在引風機出口兩側(cè)煙道匯合進入脫硝系統(tǒng)。脫硝系統(tǒng)在煙氣進入SCR反應(yīng)器前的煙道上設(shè)有氨注入的系統(tǒng)，煙氣與氨氣充分混合后加入催化劑進行反應(yīng)，脫去NOx。

2 脫硝系統(tǒng)供氨中斷異常過程

2.1 異常前工況

1號機組正常運行，煙氣脫硝系統(tǒng)正常運行；2號機組停運檢修，煙氣脫硝系統(tǒng)同步檢修；氨站系統(tǒng)正常運行為1號機組供氨，氨站蒸發(fā)器A運行正常， 蒸發(fā)器A水溫設(shè)定值SP為80℃，實際水溫PV為79.5℃，出口氨氣壓力0.36MPa，蒸發(fā)器B備用；1號機組煙氣氮氧化物達標排放（排放標準為≤100mg/Nm3）。

2.2 異常過程及現(xiàn)象

某日上午9點54分，輔控監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)液氨蒸發(fā)器A水溫和氨氣出口溫度持續(xù)下降，立即手動打開大液氨蒸發(fā)器A的蒸氣供氣調(diào)整門，加大蒸氣供氣量，其水溫和氨氣出口溫度仍持續(xù)下降，調(diào)整無效。

10點整，輔控運行人員將液氨蒸發(fā)器換為B運行，發(fā)現(xiàn)液氨蒸發(fā)器B出口氨氣不起壓（就地壓力表顯示0.01MPa），立即通知就地人員檢查。

10點05分氨蒸發(fā)器A水溫下降至59℃、氨氣出口溫度23.5℃，蒸發(fā)器跳閘保護動作，氨蒸發(fā)器A進氨閥自動關(guān)閉，1號機組脫硝SCR區(qū)供氨中斷，煙氣氮氧化物排放濃度開始超標。

10點10分就地檢查蒸發(fā)器B出口氨氣不起壓原因不明，運行人員重新投入A蒸發(fā)器，調(diào)整各項參數(shù)正常，1號機組SCR區(qū)供氨恢復(fù)，煙氣氮氧化物排放濃度逐漸下降，恢復(fù)達標排放。

2.3 異常后果

該次脫硝系統(tǒng)供氨中斷共持續(xù)30分鐘，導(dǎo)致煙氣氮氧化物超標排放35分鐘，排放最大值為502mg/Nm3，9時至10時氮氧化物排放小時均值超標，確認為是一起環(huán)保異常事件。

3 供氨中斷原因分析

發(fā)生異常后，公司立即組織相關(guān)技術(shù)人員對供氨中斷異常進行分析。液氨蒸發(fā)器水浴式液氨氣化原理示意圖如圖2。

圖2 液氨蒸發(fā)器水浴式液氨氣化原理示意

3.1 保護動作分析

液氨蒸發(fā)器“溫度低跳蒸發(fā)器保護”具體設(shè)置為：蒸發(fā)器氨氣出口溫度≤35℃且蒸發(fā)器水浴溫度PID設(shè)定值（SP值）與實際值（PV值）偏差大于20℃，延時5秒，保護動作。9點40分氨蒸發(fā)器A水溫下降至59℃，水溫實際值與設(shè)定值偏差為21℃，觸發(fā)“蒸發(fā)器水浴溫度PID設(shè)定值（SP值）與實際值（PV值）偏差大于20℃”信號，而此時A蒸發(fā)器氨氣出口溫度為23.5℃，低于35℃時就已經(jīng)觸發(fā)“蒸發(fā)器氨氣出口溫度≤35℃”信號，兩個信號同時觸發(fā)，因此，蒸發(fā)器溫度低保護動作正常。

3.2 液氨蒸發(fā)器B氨氣出口不起壓原因分析

蒸發(fā)器A水溫及出口氨氣溫度調(diào)整無效持續(xù)下降時，運行人員及時投運了蒸發(fā)器B，如果蒸發(fā)器B運行正常，那么該次供氨中斷異常可以避免，系統(tǒng)設(shè)置液氨蒸發(fā)器一運一備，也正是考慮到有一臺蒸發(fā)器工作異常或檢修時能夠保證脫硝系統(tǒng)正常運行。因此，蒸發(fā)器B無法正常投入運行，也是該次供氨中斷異常的原因之一。

通過檢修人員對蒸發(fā)器B系統(tǒng)進行解體檢查時發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器B出口自立式壓力調(diào)整閥壓縮空氣供氣管道堵塞造成調(diào)整閥自動開啟，導(dǎo)致位于調(diào)整閥后的蒸發(fā)器出口壓力變送器輸出無壓力，就地壓力表顯示為0.01MPa。檢修人員疏通后，蒸發(fā)器B試運正常。

3.3 蒸發(fā)器A水溫及氨氣出口溫度下降原因分析

蒸發(fā)器A正常運行中，通過實際水溫反饋控制蒸氣進氣調(diào)整門開度即控制進氣量，與水溫形成閉環(huán)控制。由于在蒸發(fā)器中液氨的氣化采用的是水浴原理，因此水溫與氨氣溫度相互作用，確保氨氣出口溫度正常，滿足需要。

蒸發(fā)器A水溫及出口氨氣溫度持續(xù)下降無法控制是該次供氨中斷異常的直接原因。為了查找出水溫及出口氨氣溫度持續(xù)下降的原因，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對與之有關(guān)的所有操作進行進行了深入分析。

3.3.1 2號機組脫硝SCR區(qū)氨氣泄漏試驗過程分析

經(jīng)了解，氨區(qū)發(fā)生蒸發(fā)器系統(tǒng)異常時，2號機組脫硝系統(tǒng)正在進行SCR區(qū)供氨系統(tǒng)氨氣泄漏試驗。鍋爐SCR區(qū)供氨系統(tǒng)布置如圖3。

圖3 鍋爐SCR區(qū)供氨系統(tǒng)閥門布置圖

該次檢修工作完成后，SCR區(qū)供氨管道通過氮氣置換，準備進行氨氣泄漏試驗。

運行人員進行了如下試驗準備工作：關(guān)閉了供氨調(diào)整門手動門，確認供氨調(diào)整門前手動門、定壓閥、關(guān)斷閥前后手動門在開位，聯(lián)系熱工強制打開供氨關(guān)斷閥，確認供氨調(diào)整門、供氨手動總門、充氮手動門在關(guān)閉位。

泄漏試驗過程如下：9點54分運行人員打開供氨手動總門，就地人員用便攜式氨氣泄漏儀檢測未發(fā)現(xiàn)有氨氣泄漏，說明供氨調(diào)整門前管道嚴密性良好；9點58分打開供氨調(diào)整門，就地人員用便攜式氨氣泄漏儀檢測時發(fā)現(xiàn)有氨氣泄漏，說明供氨調(diào)整門后管道有較大氨氣泄漏點，運行人員立即關(guān)閉了供氨調(diào)整門，停止試驗；與此同時，輔控監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)氨站區(qū)液氨蒸發(fā)器A水溫及氨氣出口溫度異常下降。

3.3.2 氨泄漏試驗過程分析

在2號機組脫硝SCR區(qū)供氨管道進行氨氣泄漏試驗時氨蒸發(fā)器發(fā)生異常，此時1號機組脫硝系統(tǒng)、氨站其他系統(tǒng)均未進行任何操作。因此，專業(yè)人員對2號機組氨氣泄漏試驗全過程操作及試驗曲線進行了分析，認為氨氣泄漏試驗時，供氨調(diào)整門旁路手動門未關(guān)閉以及供氨調(diào)整門開啟幅度過大是導(dǎo)致異常的直接原因。

2號機組脫硝系統(tǒng)SCR區(qū)供氨管道氨氣泄漏試驗時，供氨質(zhì)量流量及供氨調(diào)整門開度曲線見圖4。

圖4 供氨質(zhì)量流量及供氨調(diào)整門開度曲線

根據(jù)調(diào)整門開度與氨氣流量曲線，結(jié)合SCR區(qū)供氨系統(tǒng)簡圖（圖3），可以看出：

（1）試驗期間如果供氨系統(tǒng)已經(jīng)隔絕未導(dǎo)通，那么氨氣在充滿管道后不再流動只會出現(xiàn)憋壓，不會出現(xiàn)長時間大流量顯示。而從圖4中可明顯看出，試驗期間供氨流量最大達到了150kg/h以上，持續(xù)時間近20分鐘，說明試驗時供氨系統(tǒng)處于導(dǎo)通狀態(tài)。從圖3可以明顯看出，在供氨調(diào)整門后手動門確認關(guān)閉的前提下，系統(tǒng)導(dǎo)通的唯一可能就是供氨調(diào)整門旁路手動門未關(guān)閉。

（2）即使懷疑供氨調(diào)整門后手動門不嚴，那么在供氨調(diào)整門未開啟的階段，供氨流量仍處于大流量狀態(tài)，再次說明供氨調(diào)整門的旁路系統(tǒng)是導(dǎo)通的，即旁路手動門未關(guān)閉。

（3）從圖4的曲線上可明顯看出，泄漏試驗期間的供氨調(diào)整門開啟速度過快，開啟幅度過大，不符合緩慢調(diào)整的要求。

3.3.3 供氨調(diào)整門旁路手動門開啟原因分析

運行操作人員在試驗前關(guān)閉了供氨調(diào)整門后的手動門，說明運行人員明白泄漏試驗需要對供氨系統(tǒng)進行隔絕；同時運行人員錯誤認為供氨調(diào)整門旁路手動門在長期運行中是處于關(guān)閉狀態(tài)，試驗時也應(yīng)該在關(guān)閉狀態(tài)，因而沒有就地對供氨調(diào)整門旁路手動門狀態(tài)進行確認。后經(jīng)對檢修工作排查發(fā)現(xiàn)，檢修人員在對SCR區(qū)供氨管道進行氮氣置換時，為了確保充分置換，工作票中要求將供氨調(diào)整門旁路手動門打開，但運行人員在泄漏試驗準備時，未對相關(guān)工作票進行排查。

3.3.4 蒸發(fā)器A水溫及氨氣溫度下降原因分析

從上述分析可知，當開啟2號機組脫硝SCR區(qū)供氨手動總門后，由于供氨調(diào)整門旁路手動門處于開啟狀態(tài)，大流量的氨氣通過供氨系統(tǒng)進入煙道，加上1號機組脫硝系統(tǒng)正在使用氨氣，總的氨氣流量超過了氨區(qū)氨氣緩沖罐的緩沖能力，進而導(dǎo)致液氨蒸發(fā)器中的氨氣壓力降低。由于液氨蒸發(fā)器液氨入口關(guān)斷閥處于全開位置，同時液氨依靠自身重力和氨罐內(nèi)壓力與蒸發(fā)器內(nèi)壓力的壓差作用下進入蒸發(fā)器，當蒸發(fā)器內(nèi)的氨氣壓力突降時，大量液氨進入蒸發(fā)器，超過了當時工況氨蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力，最終導(dǎo)致氨蒸發(fā)器A的水溫及氨氣溫度持續(xù)下降達到保護動作值，觸發(fā)保護動作。

4 供氨中斷異常的原因

通過上述分析，可以總結(jié)該次供氨中斷異常的原因為：1）2號機組脫硝SCR區(qū)進行氨氣泄漏試驗時，供氨調(diào)整門旁路手動門未關(guān)閉是該次異常的主要原因；2）供氨調(diào)整門后管道有較大泄漏點，同時試驗時供氨調(diào)整門開啟速度過快及幅度過大是該次異常的另一原因；3）液氨蒸發(fā)器B在異常時不能及時投入，導(dǎo)致最終供氨中斷是該次異常的另一個主要原因；4）氨區(qū)液氨蒸發(fā)器液氨入口門采用關(guān)斷閥（不具備根據(jù)氨氣溫度進行液氨流量調(diào)整功能），在蒸發(fā)器內(nèi)氨氣壓力突降時，導(dǎo)致低溫液氨短時間內(nèi)大量進入蒸發(fā)器造成水溫及氨氣溫度下降，是該次異常的設(shè)備原因；5）運行人員對環(huán)保系統(tǒng)的試驗重視程度不夠，試驗措施不完善，就地檢查不認真，未對相關(guān)工作票進行排查，是該次異常的主觀原因；6）2號機組進行氨氣泄漏試驗時未通知輔控氨站區(qū)監(jiān)盤人員，造成未及時發(fā)現(xiàn)氨氣壓力降低，是該次異常的管理原因。

5 采取的防范措施

（1）進一步提高安全風險意識，操作前全面、仔細檢查系統(tǒng)。對系統(tǒng)所有的閥門和相關(guān)工作票措施都要進行檢查確認，編制相關(guān)標準操作票，杜絕經(jīng)驗主義和慣性思維。

（2）對于從外觀不易判斷開啟還是關(guān)閉狀態(tài)的閥門，必須通過手動關(guān)閉或開啟試驗檢查一下，而不是僅憑眼睛觀察。

（3）脫硝系統(tǒng)等公用系統(tǒng)操作時要考慮全面，做好危險點分析和控制措施，噴氨系統(tǒng)投退或蒸發(fā)器異常情況下切換時，操作應(yīng)手動緩慢進行，避免引起氨氣流量、壓力大幅波動引起憋壓或泄壓過快，待參數(shù)穩(wěn)定后方可投入自動。

（4）運行操作時要加強兩臺機組之間、主輔控之間的溝通，做到及時發(fā)現(xiàn)異常。

（5）做好備用設(shè)備的維護工作，為氨站區(qū)壓縮空氣加裝濾網(wǎng)，確保能夠隨時投入運行。

（6）建議將氣化器液氨入口門更換為調(diào)整門，便于調(diào)整進氨量。

6 結(jié)論

燃煤發(fā)電機組采用煙氣脫硝技術(shù)是降低氮氧化物排放的主要技術(shù)手段，也是國家進行霧霾治理的主要方法。但對于火力發(fā)電企業(yè)而言，煙氣脫硝運維技術(shù)仍屬于近幾年接觸的新型技術(shù)，成功運行的經(jīng)驗積累不足。相信通過各種技術(shù)交流培訓(xùn)以及對環(huán)保“紅線”和“底線”重視程度的提高，燃煤機組能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保達標穩(wěn)定運行。

參考文獻：

國家環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會、國家財政部.重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃［Z］. 2012.

中圖分類號：X701

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）02-0031-04

Abnormal Cause Analysis on Flue Gas Denitration & Ammonia Supply Interruption in Coal-fired Generating Set

XING Xi-dong