燃煤鍋爐脫硝系統供氨管路堵塞原因分析及對策

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 蘭溪 321100）

燃煤鍋爐脫硝系統供氨管路堵塞原因分析及對策

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 蘭溪 321100）

蘭溪電廠600 MW機組鍋爐SCR脫硝系統在運行中頻繁出現液氨蒸發系統進口調節閥后管路堵塞，引起脫硝系統供氨量下降，導致脫硝效率下降甚至脫硝系統退出運行。通過分析堵塞的主要原因，提出采取系統改造、定期維護和運行方式調整等措施，實施后液氨蒸發器出口氨氣壓力恢復至設計值。通過對液氨蒸發系統進口調節閥后管路內雜質的化學成分、存在原因及形成機理進行詳細分析，制定并實施相應的防范措施，保證了脫硝系統的正常運行。

燃煤鍋爐；脫硝；液氨蒸發系統；進口調節閥；堵塞

近年來，為滿足國家對燃煤發電廠日益提高的環保要求，各電廠逐漸完成了在役機組的脫硝改造。但隨著運行時間的推移，脫硝系統的各種問題逐漸暴露，以液氨蒸發系統堵塞問題最為嚴重。蘭溪電廠采取系統改造、定期維護和運行方式調整等措施，解決了脫硝氨氣壓力偏低的問題。

1 脫硝系統簡介

蘭溪電廠4臺機組于2007年5月全部投產，均為國產600 MW超臨界燃煤機組，鍋爐為北京巴威公司生產的超臨界壓力、一次再熱直流鍋爐，采用單爐膛，∏形島式露天布置，平衡通風，前后墻對沖燃燒方式，固態排渣，全鋼架懸吊結構，型號為B&W B-1903/25.4-M。設計煤種為淮南煙煤，在BMCR（鍋爐最大蒸發量）工況下的NOX保證值為不大于450 mg/m3（干煙氣，O2=6%）。2012年首臺機組實施脫硝改造，至2014年6月，4臺機組全部改造完畢。

脫硝采用SCR（選擇性催化還原）技術，在設計煤種、600 MW工況處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于80%，脫硝催化劑采用2＋1模式布置。脫硝系統由液氨存儲蒸發區和SCR反應器區組成，其中液氨存儲蒸發區主要由卸氨壓縮機、液氨儲罐、緊急卸氨器、液氨蒸發系統進口調節閥、液氨蒸發器、氨氣緩沖罐、氨區廢水池等組成，如圖1所示。液氨蒸發系統的設計參數為：脫硝系統設計氨耗量（80%脫硝效率）為1 248 kg/h，蒸發器的設計蒸發能力為1 500 kg/h，液氨儲罐至液氨蒸發器管道直徑40 mm。液氨蒸發系統設計3只進口調節閥，正常運行時調節閥2只運行、1只備用。

圖1 蘭溪電廠液氨蒸發系統

2 故障現象及處理情況

蘭溪電廠氨區2012年11月15日第一次進氨，11月17日開始首次供氨。自2013年12月26日起，頻繁發生液氨蒸發系統在3只進口調節閥全開的情況下，液氨蒸發器仍然無法維持氨氣壓力的現象。

2013年12月26日發現液氨蒸發系統氨氣壓力無法上升的缺陷后，立即對液氨儲罐、液氨蒸發系統進行徹底清理，清理時發現液氨儲罐內有部分油污、液氨蒸發系統內有白色結晶物。徹底清理后，液氨蒸發系統穩定運行了9個月。

自2014年9月開始，液氨蒸發系統又頻繁發生堵塞現象。2014年10月1日，將液氨蒸發系統供氨調節閥后管路解體，發現其堵塞嚴重，如圖2所示。清理后，系統恢復正常運行。針對液氨蒸發系統頻繁堵塞的情況，系統新增1路供氨調節閥D，2014年12月12日，供氨調節閥D運行127 h后出現堵塞，解體后發現有結垢現象，經清理后液氨蒸發系統恢復正常運行。

圖2 供氨調節閥閥后短管堵塞情況

3 堵塞原因分析

3.1 堵塞物成分檢驗

蘭溪電廠在2014年1月和2015年2月分別對液氨儲罐及蒸發系統管道進行了集中清理。第一次清理發現液氨儲罐內存在鐵銹、油污等，第二次清理僅發現液氨儲罐內有少許油污。同時對液氨管道內堵塞物取樣，并委托浙江省電力公司電力科學研究院按照GB/T 19500-2004《X射線光電子能譜分析方法通則》進行成分分析，結果如表1所示。

表1 液氨管道堵塞物成分分析結果（2014年1月）

2014年10月，因液氨蒸發系統再次堵塞，將堵塞物再次取樣委托浙江省電力公司電力科學研究院進行成分分析，結果如表2所示。

表2 液氨管道堵塞物成分分析結果（2014年10月）

2次化驗結果基本一致，堵塞物主要成分為Fe2O3。

3.2 Fe2O3存在原因分析

3.2.1 液氨存儲設備腐蝕

蘭溪電廠液氨儲罐材質為Q345R（低合金鋼），氨區閥門閥體材質為WCB（碳素鋼），氨區管道材質為碳鋼。該廠分別在2014年1月、2015年2月對液氨儲罐及相關管路、閥門進行清理和檢查，結果表明液氨儲罐、管路、閥門均無腐蝕現象。

3.2.2 液氨生產設備老化

新建液氨生產廠商設備多為不銹鋼材質，而建廠較早的生產廠家的液氨合成塔、液氨儲罐、液氨輸送管道等設備多為碳鋼材質。液氨理論上不與黑色金屬發生化學反應，但是若液氨含水，則會強烈腐蝕黑色金屬。同時若設備服役時間過長，則不可避免地會出現鐵銹即Fe2O3，從而進入液氨中。

3.2.3 合成氨工藝及液氨品質

我國的合成氨生產基本以煤或焦碳為原料，大多采用固定床常壓氣化傳統工藝。這種工藝首先制取原料氣，然后將原料氣提純，去除N2和H2以外的雜質，而后經壓縮機加壓后送入合成塔，在催化劑（主要成分Fe2O3）作用下生成NH3。

目前國內液氨生產廠家均按照GB 536-88《液體無水氨》標準要求來控制液氨品質，如表3所示。

表3 液體無水氨品質標準

淮南某電廠液氨蒸發系統與蘭溪電廠相同，該廠液氨蒸發系統自2012年11月投運以來，從未發生堵塞現象。因此將2個電廠的情況進行對比，分析堵塞原因。2個電廠的入廠液氨品質化驗結果如表4所示。

表4 電廠液氨品質化驗結果

由表4可見，蘭溪電廠采用的液氨除了油含量達到一等品的要求外，其它指標均達到優等品的標準。蘭溪電廠的液氨供應商為浙江某化工企業，該企業采用煤為原料合成液氨，在生產過程中采用以Fe2O3為主要原料的催化劑，該企業已有五十多年的歷史，設備以碳鋼材質為主且老化嚴重，所以在液氨中鐵含量較高。而淮南某電廠的液氨供應商采用水煤漿合成氨技術，生產設備均為不銹鋼材質。該工藝雖然也使用鐵基催化劑，但相比煤制液氨工藝，其生產過程中溶入到液氨的鐵成分大幅度下降。水煤漿在合成氨的過程中使用特殊的油氣分離技術，保證氨和壓縮機內油分離更為徹底。所以該企業液氨中鐵和油的含量大幅度降低，液氨品質達到了優等品要求。

從表4可以發現，蘭溪電廠所用液氨中鐵含量是淮南某電廠液氨中鐵含量的8.3倍，因此認為淮南某電廠液氨蒸發系統投運2年未發生堵塞的原因是Fe2O3在其管道中堆積的量還沒有達到堵塞的程度，但隨著運行時間的增長，淮南某電廠液氨蒸發系統也不可避免地會發生堵塞。

3.3 堵塞物形成機理分析

由合成氨工藝可知，在生產液氨的過程中需接觸Fe2O3，伴隨著催化劑的使用及設備的老化，在液氨中不可避免會存在Fe2O3。由于Fe2O3不溶于液氨，且其顆粒過小，因此以膠體的形態存在于液氨中，普通濾網無法將其濾除，同時也不會沉積在液氨儲罐底部，只有在液氨壓力降低氣化時才析出。因此蘭溪電廠每次發生液氨蒸發系統堵塞時，解體設備均發現堵塞物聚集在液氨蒸發系統進口調節閥后管路。

4 采取的措施

（1）提高液氨品質。

提高液氨品質，降低液氨中鐵的含量可以緩解液氨蒸發系統的堵塞，若采購的液氨中完全不含鐵則不會發生液氨蒸發系統的堵塞現象。

（2）提高液氨儲罐供氨管路在液氨儲罐內的高度。

由合成氨工藝可知，在氨的合成過程中需要多次使用壓縮機進行加壓，造成了氨與壓縮機油的多次接觸，雖然在合成氨時進行油與氨的分離，但是有些液氨生產廠家仍將部分油污帶入液氨中。

液氨儲罐供氨管路原設計在儲罐底部最低點，隨著液氨儲罐使用時間的增加，液氨中的部分油污沉積在儲罐底部，此時將會有部分油污進入液氨蒸發系統。蘭溪電廠將液氨儲罐內供氨管路高度提高了25 cm，這一情況得到了大大改善。

（3）增加液氨蒸發系統進口調節閥。

液氨蒸發系統原設計3只進口調節閥，1只液氨蒸發系統進口調節閥正常情況下可供2臺機組使用，正常運行時2只調節閥供氨，1只備用。

液氨蒸發系統進口調節閥堵塞時，一般2只同時堵塞，為了防止脫硝系統退出運行，蘭溪電廠利用液氨儲罐底部備用接口，新接1路供氨管道和調節閥D至液氨蒸發器，該供氨管道通徑由DN40提高到DN50，有效提高了供氨能力。經試驗，液氨蒸發系統進口調節閥D單只閥門只需開至60%，即可為4臺滿負荷機組提供脫硝用氨。

（4）增加液氨蒸發系統吹掃、清洗管路。

在每只液氨蒸發系統進口調節閥前后管路上增加通氮、水沖洗管路。定期對液氨蒸發系統進口調節閥管路進行正向或反向的通氮氣或水，對管路進行吹掃和清洗，去除堵塞物，防止堵塞現象發生。

（5）定期清理液氨儲罐或液氨儲罐定期排污。

液氨的生產過程中不可避免地將部分油污帶入液氨中。雖然抬高液氨儲罐供氨管路在液氨儲罐內的高度可以減少油污進入液氨蒸發系統，但是油污仍存在液氨儲罐內，需要定期進行清理，防止油污溢出后再次進入液氨蒸發系統。

液氨儲罐定期排污可將儲罐內油污等雜質排出，但考慮到增加的排污管需專業設計，同時還需增加煮氨器、氨氣回收管路等設備，投資較高，因此蘭溪電廠未進行排污改造。

5 結語

通過對蘭溪電廠液氨蒸發系統堵塞現象及其發生原因進行詳細分析，得出火電廠液氨蒸發系統頻繁發生堵塞的原因是液氨中含有的膠體狀Fe2O3在液氨壓力降低時析出所致。通過采取一系列措施，最終解決這一問題，保證了脫硝系統的正常運行。

[1]郝艷紅．邱麗霞．火電廠燃煤鍋爐煙氣處理系統分析及應用[J]．科技情報開發與經濟，2006，16（7）∶166-167．

[2]張大興，張丙剛.330 MW鍋爐脫硝系統氨氣壓力低原因分析及對策[J].廣西電力，2012（12）∶40-42.

[3]尹有軍，董云鵬.合成氨的生產與發展趨勢[J]．化學工程師，2001（4）∶40-41.

[4]GB 536-88液體無水氨[S].北京：中國標準出版社，1988.

[5]盛竹葉.以水煤漿為原料的大型氮肥裝置國產化探討[J].化工設計，1997（1）∶8-9.

（本文編輯：徐 晗）

Cause Analysis and Countermeasures against Ammonia Supply Pipeline Blockage of Coal-fired Boiler Denitrification System

XU Shude，LU Hongyue
（Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Pipeline after inlet control valve of liquid ammonia evaporation system is frequently blocked during operation of SCR denitrification system in 600 MW units boilers in Lanxi Power Plant，which reduces ammonia supply of denitrification system and results in low denitrification efficiency and shutdown of denitrification system.The paper suggests taking measures such as system retrofit，regular maintenance and adjustment of operation mode，after which ammonia pressure at the outlet of liquid ammonia evaporation system restores to the designed value.By analyzing chemical composition，reasons and formation mechanism of impurities in the pipeline after inlet control valve of liquid ammonia evaporation system，the paper formulates corresponding preventive measures，ensuring normal operation of denitrification system.

coal-fired boiler；denitrification；liquid ammonia evaporation system；inlet control valve；blockage

TK228

B

1007-1881（2015）08-0045-04

2015-05-08

徐書德（1971），男，工程師，主要從事火電廠技術管理工作。