1000MW機組脫硝氨區液氨管道結冰分析處理

神華福能發電有限責任公 福建 泉州 362712

引言

我國目前只需的火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011對NOX排放濃度做出了明確要求,NOX排放濃度不得大于100Nm3。

神福鴻電#3、#4機組的煙氣脫硝采用選擇性催化還原法(SCR)工藝,是一種干法脫硝工藝。自2015年投入商業運營后,經常出現液氨蒸發槽入口管道結冰現象,僅2016年上半年發生結冰55次,嚴重影響設備安全,及環保指標超限。為了查明液氨蒸發槽結冰的原因,現場對閥門、管道、工況進行了多次排查,分析研究和試驗驗證,最終找到了結冰的主要原因和預防改進措施,并取得較好成效。

1 液氨蒸發槽結冰現象及原因分析

1.1 結冰現象描述 隨著環境溫度的升高,脫硝氨區液氨蒸發槽入口管道結冰頻次增加,結冰時間集中在上午08:30-11:30機組快速升負荷階段,蒸發槽工作壓力在0.25MPa-0.32MPa最易出現結冰現象,結冰位置均出現在蒸發槽入口調閥后管道上。

1.2 結冰原理分析 液氨蒸發槽入口管道結冰,最初分析液氨含水量超標導致,通過化驗班取樣分析化驗結果表明液氨品質合格,因此判斷,此結冰現象并非液氨含水量超標所致。那為什么結冰位置偏偏出現在入口調閥后管道呢?要想弄清楚這個問題,我們首先得了解流體力學中“焦湯節流膨脹原理”。

焦湯節流膨脹原理——高壓流體經過小孔或者閥門受一定阻礙后向低壓膨脹的過程稱為節流膨脹。絕熱條件下,氣體由穩定的高壓一側經過多孔塞流到穩定的低壓一側的過程。節流膨脹可能會導致制冷或制熱效應。

1852年,焦耳和湯姆遜設計了一個節流膨脹實驗,使溫度為T1的氣體在一個絕熱的圓筒中由給定的高壓p1經過多孔塞(如棉花、軟木塞等)緩慢地向低壓p2膨脹。多孔塞兩邊的壓差維持恒定。膨脹達穩態后,測量膨脹后氣體的溫度T2。他們發現,在通常的溫度T1下,許多氣體(氫和氦除外)經節流膨脹后都變冷(T2

1.3 液氨蒸發槽入口調節門后管道結冰原因 當液氨儲罐向液氨蒸發槽輸送介質液氨的過程中,流經液氨蒸發槽進氨調節門時產生節流,當液氨接近調門孔口,截面積急劇縮小,流速急劇增大,壓力瞬間變大;而經過調門后,截面積又迅速擴大,流速降低,壓力同時瞬間變小,忽略摩擦等能量損失不計,因此,液氨流經調節閥后瞬間減壓蒸發,汽化吸熱,使調節閥后管道溫度驟降,導致管道外環境中的空氣結露并凝結成冰,這就是流體力學中的膨脹現象。因此,液氨蒸發槽進氨調節門后管道段結冰,調節閥之前到氣動關斷門的管道是不會結冰的。理論上,液氨流經調閥的瞬間,門后管道中的流動介質已不再是單純的液氨了,而是液氨與少量氣氨的氨氣混合物。而管道外的溫度要比管道內的液氨溫度高出很多,所以,節流膨脹過程中的吸熱量基本都是來自管道外部的空氣,再加之入夏以來我公司機組增加負荷大多集中在上午氣溫較高時段,這也恰好印證了上面所提到的調查結論,所以,氨區進氨管道頻繁結冰也就可以理解了。

同時,如果購買的液氨質量不好,含有雜質,在管道輸送過程中可能會產生以下氧化物等雜物,長時間沉寂下來會導致管道后閥門堵塞,加速節流膨脹,就更容易結冰了。

2 控制措施

2.1 確保液氨品質 嚴格審查液氨品質,確認液氨品質合格后再開展卸氨工作。

2.2 定期對液氨管道進行吹掃維護 制訂定期工作制度,對供氨管道進行定期吹掃維護,清除管道內壁、閥門閥芯處積累的雜質。

2.3 取消脫銷氨區蒸發槽入口調閥,將調閥安裝在蒸發槽出口管道優點:可徹底消除介質流經液氨蒸發槽進氨調節門時產生的節流膨脹從而避免結冰。

缺點:技改資金投入大,技改時需進行單臺氨蒸發槽隔離,檢修期間單臺蒸發槽運行,風險增加,技改需動火工作增加氨區風險隱患。

2.4 在不影響供氨的前提下,加大調節閥后管道直徑,緩解節流膨脹影響 優點:增加液氨調節閥后緩存空間,緩解節流脹差從而降低管道結冰的可能。

缺點:技改時需進行單臺氨蒸發槽隔離,檢修期間單臺蒸發槽運行存在較大風險,技改需動火工作增加氨區風險隱患。

2.5 提高脫銷氨區蒸發槽出口壓力 優點:在機組增加噴氨量時,氨氣緩沖罐緩存壓力充足避免氣壓驟降,從而降低液氨通過調閥后的節流膨脹。

缺點:如不按照設備規范盲目提高氨區蒸發槽運行壓力,有較大安全隱患。

3 控制成效

3.1 提高蒸發槽工作壓力成效說明 2016年6月20日3號機啟動,后投入脫硝系統,半日內氨區液氨蒸發槽入口管道即結冰多次,經與專業溝通將液氨蒸發槽工作壓力由0.42MPa提高至0.48MPa投入調閥自動,經過觀察#3、#4號機多次大范圍升負荷增大噴氨量,液氨蒸發槽出口壓力在一定幅度降低后,壓力即可回升至設定壓力,氨區液氨蒸發槽入口管道未出現結冰現象。通過二十天的觀察得到論證,合理提高液氨蒸發槽工作壓力可有效解決氨區液氨管道結冰問題。

3.2 脫銷氨區蒸發槽入口調閥技術改造說明 神福鴻電,2016年08月、12月分兩次對脫硝氨區A/B液氨蒸發槽入口調閥技術改造,改造主要內容,取消液氨蒸發槽入口調閥,增加液氨蒸發槽出口調閥,改造目的旨在消除液氨蒸發槽入口調閥對液氨節流的影響,避免節流膨脹的發生。通過對調閥的技術改造,神福鴻電自改造后至今未發生氨區液氨管道結冰現象。

4 結論

通過分析實踐得出結論,影響脫硝氨區液氨管道結冰的主要因素是,液氨儲罐向液氨蒸發槽輸送介質液氨的過程中,流經液氨蒸發槽進氨調節門時產生節流膨脹,液氨流經調節閥后瞬間減壓蒸發,汽化吸熱,使調節閥后管道溫度驟降,導致管道外環境中的空氣結露并凝結成冰。根據結冰現象及原因分析制定有效控制措施:通過提高液氨蒸發槽工作壓力及取消液氨蒸發槽入口調閥消除節流膨脹影響均可徹底解決脫硝氨區液氨管道結冰問題。