燃煤機組脫硝供氨中斷的原因及防范措施

文大綴

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301907）

燃煤機組脫硝供氨中斷的原因及防范措施

文大綴

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301907）

針對某電廠2×600MW燃煤機組SCR煙氣脫硝系統兩起因設計不完善、選型不合理導致供氨中斷的異常事件，分析了該事件采取的防范措施等，提出了提高脫硝供氨系統穩定性，保證氮氧化物達標排放，杜絕污染物超標排放事件發生的設備改造建議。

煙氣脫硝；氮氧化物；超標排放；燃煤機組；供氨中斷

引言

隨著國家對大氣污染治理力度不斷加大，燃煤機組開始大規模進行超低排放改造，以滿足煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（標準狀態、干基、6%O2，下同）分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3[1]。脫硝系統由于投入運行時間較短，生產人員運行、維護經驗不足以及設計不完善、設備選型不合理、安裝工藝不良等原因，易發生氮氧化物超標排放事件[2～3]。而一旦發生污染物排放濃度小時均值超標事件，將會使企業面臨巨額的經濟處罰，并會對企業形象造成巨大的負面影響。某電廠兩臺600MW燃煤機組分別于2015年11月和2016年3月完成超低排放改造。在煙氣脫硝系統運行期間，發生兩起因脫硝供氨系統設備異常造成供氨中斷的事件，其中一次還導致氮氧化物排放濃度短時超標。本文通過對事件原因進行分析，研究了避免類似事件再次發生的解決方法。

1 設備概況

該電廠2×600MW機組鍋爐系HG-2023/17.6-YM4型鍋爐，為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、半露天布置、控制循環汽包爐，采用三分倉回轉式空氣預熱器，平衡通風，擺動式燃燒器四角切圓燃燒。兩臺機組分別于2012年12月和2013年12月完成脫硝改造，在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間加裝兩臺脫硝反應器。脫硝工藝采用選擇性催化還原（SCR）法，還原劑采用純氨（純度＞99.6%）。液氨儲罐中的液氨依靠自身重力和壓差輸送到液氨蒸發槽內，利用蒸氣提供的熱量蒸發為氨氣，通過管道和反應器區閥門后（見圖1），再與稀釋風機鼓入的空氣在氨/空氣混合器中混合，并送達氨噴射系統。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，通過催化劑進行脫硝反應，最終從出口煙道輸送至鍋爐空預器，達到脫硝目的。

圖1 工藝流程

2 事件過程及分析

2.1 供氨氣動調整門和關斷門失去控制氣源異常關閉導致供氨中斷

2.1.1 事件過程

2016年12月某日，3號機組負荷300MW，4時57分運行人員監盤發現脫硝A側供氨氣動關斷門狀態黃閃，立即派人就地檢查，發現就地脫硝A、B側關斷門和調整門壓縮空氣供氣壓力為0，懷疑供氣壓力管凍冰，通知檢修；4時59分B側供氨關斷門變黃，5時03分A側供氨流量降至零，5時04分A、B側供氨調整門開始關閉，5時05分B側供氨流量降至0，5時07分就地打開A、B側供氨調整門旁路手動門，5時08分手動開啟A側供氨關斷門，A側供氨流量恢復正常。B側供氨關斷門掛不上檔，無法手動開啟。運行人員立即漲負荷至400MW，降低脫硝反應器入口氮氧化物濃度，并全開低氮燃燒器燃盡風門，關小主燃燒器輔助風門，加大A側噴氨量，以降低煙囪出口氮氧化物濃度。5時30分檢修人員將B側關斷門氣動頭拆下，用扳手旋轉門桿將其開啟，B側開始供氨。5時08分煙氣中氮氧化物超標排放（＞50mg/m3），5時34分恢復達標排放，小時均值未超標。

2.1.2 事件分析

為保證供氨系統壓縮空氣壓力穩定，兩臺機組均于脫硝反應器區設置壓縮空氣儲罐一臺，由廠用壓縮空氣系統供氣。因事件發生時為冬季，3號爐脫硝反應器區壓縮空氣儲罐底部排污門開度較小，未能將底部積水排盡，當環境溫度降至零下時，壓縮空氣儲罐底部結冰堵塞排污門，導致壓縮空氣疏水不暢，并帶水進入氣動調整門和關斷門供氣管路，造成A、B側供氨調整門和關斷門失去控制氣源而關閉，機組氮氧化物排放超標。檢修人員用噴燈加熱壓縮空氣儲罐底部和各支管將凍冰融化，然后開大排污門將積水排盡，使壓縮空氣恢復正常供氣。

此次異常發生的根本原因在于壓縮空氣系統設計不合理，未能充分考慮冬季環境溫度降低產生的影響，將壓縮空氣儲罐露天設置，且未對壓縮空氣管路設置保溫及加熱設施。

2.2 自力式壓力調節閥卡澀導致供氨中斷

2.2.1 事件過程

2017年4月某日12時22分，4號機組負荷400MW。運行人員監盤發現脫硝A側供氨流量不隨調整門開度變化而增減，立即派人就地檢查。12時25分，脫硝A側供氨流量突然下降至9kg/h，供氨壓力變為0，就地檢查供氨關斷門、調整門、各手動門均在開啟位，且未發現供氨管道液氮泄漏，立即通知檢修，匯報值長。并通過手動增加B側供氨流量、全開低氮燃燒器燃盡風門、關小主燃燒器輔助風門等方法降低煙氣氮氧化物排放濃度。就地人員通過對比A、B側供氨管路自力式壓力調節閥彈簧狀態判斷A側自力式壓力調節閥故障，開關取樣管手動門及敲打取樣管后未消除故障，通過敲打自立式壓力調節閥底部彈簧使其動作，閥門開啟。12時44分供氨恢復正常，A側反應器出口氮氧化物濃度最高122mg/m3，煙囪出口最高49.48mg/m3，未超標排放。

2.2.2 事件分析

該自力式壓力調節閥為閥后壓力控制型，壓力設定值為0.1MPa，如圖2所示。閥后壓力經取樣管輸入到執行器的下膜室內并作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定閥芯、閥座的相對位置，以控制閥后壓力。當閥后壓力增加時，其作用在頂盤上的作用力也隨之增加，此時頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使閥后壓力降為設定值。當閥后壓力降低時，作用方向與上述相反。檢修人員通過對A側自力式壓力調節閥進行檢查，發現閥桿附著鐵銹等異物造成卡澀，該異物產生的阻力大于彈簧的反作用力，使彈簧失靈，閥芯無法向遠離閥座的方向移動，閥門無法開啟，導致供氨中斷，隨后采取了清除鐵銹及噴射松動劑的處理措施。經分析認為，閥桿產生鐵銹的原因為該閥門選型不合理，未能充分考慮液氨介質的腐蝕性，閥桿長期與液氨接觸產生銹蝕。

圖2 自力式壓力調節閥為閥后壓力控制

3 防范措施

通過對上述兩起異常事件的分析和總結，為防止在機組運行期間脫硝系統供氨再次中斷造成煙氣氮氧化物濃度超標，采取了如下防范措施：

（1）為壓縮空氣儲罐加蓋彩鋼瓦小屋，為各壓縮空氣管路加裝保溫設施。

（2）為壓縮空氣儲罐底部及各壓縮空氣管路加裝電伴熱線。

（3）嚴格執行《設備定期倒換和試驗制度》，定期對壓縮空氣系統進行排污；當環境溫度降至零下時，開大壓縮空氣儲罐底部排污門，加強排污。

（4）加強對自力式壓力調節閥的設備點檢和運行巡檢，發現鐵銹及時清理，待機組停運時對閥門進行檢修。

4 建議

隨著國家對環境問題的監督考核力度不斷加大，各大發電集團公司均將環境事件列至與安全生產事故同等重要的位置。為保證脫硝系統設備運行的穩定性，杜絕設備隱患造成煙氣氮氧化物濃度超標排放，建議兩臺機組在合適時機進行設備改造，并為其他機組脫硝改造提供有益參考：

（1）將供氨氣動調整門和氣動關斷門更換為防爆型電動門。

（2）將自力式壓力調節閥更換為耐腐蝕材質閥門。

（3）設置供氨調整門、關斷門和自力式壓力調節閥的大旁路手動門，在閥門故障供氨中斷時應急開啟，手動調節供氨流量。

[1] 國家發展和改革委員會，國家環境保護部，國家能源局.煤電節能減排和升級改造行動計劃（2014-2020年）[Z].2014-09-12.

[2] 邢希東.燃煤機組煙氣脫硝供氨中斷原因分析[J].中國環保產業，2016（2）：31-34.

[3] 胡立川，育群，陳裕忠，曾曉敏.脫硝供氨系統異常事故的分析與對策[J].發電設備， 2015，29（4）：304-307.

Causes and Countermeasures on Denitration and Ammonia Supply Interruption in Coal-fired Generating Set

WEN Da-zhui

X701 文獻標志碼：A 文章編號：1006-5377（2017）009-0053-03