超低排放改造中優(yōu)化氨區(qū)的技術(shù)措施

段 寧，呂 苗

(山西漳澤電力股份有限公司侯馬熱電分公司，山西 侯馬 043008)

0 引言

某公司2×300 MW燃煤供熱空冷凝氣式機組，項目于2008年6月獲批，2008年11月脫硝系統(tǒng)氨區(qū)合同簽定，2009年3月取得環(huán)評批復(fù)，2010年9月澆筑第1罐砼；但在開工建設(shè)不久后，該機組因火電市場不景氣而被迫轉(zhuǎn)入緩建。2013年3月該項目全面復(fù)工，2014年11月投產(chǎn)。自機組運行以來，按2008年簽訂的合同建設(shè)的氨區(qū)，從容量、氨區(qū)的設(shè)備、閥門及系統(tǒng)已不能滿足日益嚴格的大氣污染物排放標準要求。

1 機組SCR脫硝系統(tǒng)概況

該項目的大氣污染防治設(shè)施，包括脫硝系統(tǒng)合同條款，是在2008年11月遵照GB 13223—2003《火電廠大氣污染排放標準》規(guī)定的限值所簽訂的；而機組在2014年11月投產(chǎn)時，執(zhí)行的標準已提高到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》。為此，在建設(shè)期間，由上海電氣石川島電站環(huán)保工程有限公司對脫硝系統(tǒng)污染防治措施進行了相應(yīng)優(yōu)化。具體措施為：采用選擇性催化還原法(SCR)工藝，在空預(yù)器前高塵區(qū)布置脫硝系統(tǒng)，不設(shè)置旁路，單元式配置；每臺鍋爐配備1套脫硝裝置(2臺SCR反應(yīng)器)，還原劑是液氨，保證脫硝效率達到80 %，NOX排放濃度控制在100 mg/Nm3以下。2016年2月，該項目通過山西省環(huán)保廳竣工環(huán)境保護驗收。

按照《山西省人民政府辦公廳關(guān)于進一步加快推進全省燃煤發(fā)電機組超低排放改造工作的通知》（晉政辦發(fā)[2015]15號）的要求，該公司于2016年8，11月分別完成2臺機組煙氣超低排放改造，且都通過了省環(huán)保廳超低排放驗收。大氣污染物排放污染物執(zhí)行《山西省人民政府辦公廳關(guān)于推進全省燃煤發(fā)電機組超低排放的實施意見》中第Ⅰ類超低排放標準限值(SO2濃度不大于35 mg/Nm3，NOX濃度不大于50 mg/Nm3，煙塵排放濃度不大于35 mg/Nm3)。

本次機組對脫硝系統(tǒng)氨區(qū)進行了增容優(yōu)化，增加氨汽化罐的容量，更換原來的碳鋼氨閥為不銹鋼氨專用閥門，增加蒸汽管路，以實現(xiàn)全年NOX減排332.76 t的目標，達到超低排放改造的環(huán)保要求。

2 氨區(qū)運行中出現(xiàn)的問題

氨區(qū)系統(tǒng)由于設(shè)計和設(shè)備制造先天不足(因為本工程合同簽定時間為2008年11月，脫硝效率不大于65 %)，在投產(chǎn)2年中氨區(qū)的容量不足、汽化器振動大、系統(tǒng)不能可靠隔離等問題和隱患逐漸凸顯出來，直接影響現(xiàn)場安全運行和正常維護，更難滿足日益嚴格的大氣排放標準要求，急需進行設(shè)計完善和設(shè)備系統(tǒng)整改，提高機組煙氣脫硝效果，抵御環(huán)境風(fēng)險，避免發(fā)生嚴重的環(huán)保事件。氨區(qū)運行中暴露的問題及存在隱患有以下4個方面。

(1) 氣化罐設(shè)計容量不足，換熱量不夠。機組雙機運行期間，曾發(fā)生因脫硝噴氨量瞬間增大而導(dǎo)致氣化罐溫度降低，引起聯(lián)鎖保護動作、關(guān)閉液氨閥的情況。雙機運行，需2臺氣化罐同時工作，緩沖罐壓力在低限(0.2 MPa)附近，2臺氣化罐同時運行存在較大風(fēng)險，若關(guān)閉液氨閥，將導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，排放數(shù)據(jù)超標。

(2) 混合式液氨汽化器振動大，產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致金屬疲勞裂開。A氣化罐3次漏水，B汽化罐2次漏水，均是罐體換熱蒸汽加熱罐體振動，在底部排污門處產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致金屬疲勞裂開。2015-12-24，A氣化罐罐體底部排污管20 mm處鋼板有1道裂縫，檢修人員將底部排污口封堵，在罐體側(cè)面開口排污。

(3) 氣化罐與氨氣緩沖罐氨區(qū)為母管制配置，運行中無法隔離。只有1個氨氣緩沖罐(體積2.3 m3），2個氣化罐出口并入母管進入唯一緩沖罐，系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷時，機組運行狀態(tài)下無法檢修，否則存在停止供氨的隱患。此外，部分閥門內(nèi)漏，因設(shè)備無法完全隔離，也需雙機停運后更換閥門。

(4) 氨區(qū)無專用蒸汽管線，輔汽來汽管道同時供液氧站等系統(tǒng)使用。若共用供汽管道發(fā)生故障將影響氨區(qū)系統(tǒng)液氨氣化，進而影響脫硝效率。

3 問題解決方案

為了有效解決脫硝系統(tǒng)氨區(qū)存在的汽化器振動大、系統(tǒng)不能可靠隔離等問題，該公司相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過調(diào)研、論證，與設(shè)計方、廠家多方探索種種問題的深層次原因，結(jié)合該公司超低排放改造的要求，制定出相應(yīng)技術(shù)改進方案。

3.1 增加氨緩沖罐，改為單元制配置

增加1套氨緩沖罐，將母管式液氨氣化系統(tǒng)改為單元制，1個氣化罐對應(yīng)1臺緩沖罐，便于系統(tǒng)可靠隔離，及時消缺，提高供氨系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了“一用一備”的運行要求。

3.2 采用表面加熱式氨氣化器

原混合式氣化器設(shè)備在運行中振動強烈，易造成泄漏，安全性較差。更換為表面加熱式氨氣化器后，液氨從浸沒在水中的不銹鋼盤管內(nèi)通過，吸收溫水的熱量后氣化并過熱，再經(jīng)過設(shè)備本身的氣液分離器后將氣氨調(diào)壓至所需壓力，進入氨緩沖罐，然后送出氣化站供后續(xù)工序使用。這樣大大減少振動，提高了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性。

3.3 增加氨氣化罐的容量

在2臺液氨氣化器液氨進口管上安裝調(diào)節(jié)門，利用氨緩沖罐壓力變化調(diào)節(jié)液氨的流量，可減少蒸汽的啟動次數(shù)，減小振動，防止振斷液氨管道及系統(tǒng)相關(guān)管道，提高氨氣化罐的運行穩(wěn)定性。

超低排放改造后，由于脫硝系統(tǒng)啟用了備用層，脫硝效率從65 %提高到85 %，原氨氣化器氣化量設(shè)計為每臺300 kg/h，單臺氣化罐的供氣量不能滿足超低排放改造成雙機運行的需要，只能啟動2臺氣化罐運行。這樣就可能存在安全隱患。

避免發(fā)生單氣化罐供氨不足雙機運行的情況，本次改造設(shè)計方案中汽化罐的實際容量應(yīng)有約1/3的富裕量，將氣化罐容量提高為每臺650 kg/h，以滿足超低排放改造后雙機同時運行需要。

3.4 增加專用蒸汽管道

針對原有的氨區(qū)、液氧站共用蒸汽管道發(fā)生故障時，直接影響氨區(qū)系統(tǒng)液氨氣化等缺陷，就近增加1路蒸汽管道，避免單路閥門泄漏致使供汽中斷，引起供氨系統(tǒng)波動，氨氣供應(yīng)中斷。同時，增加蒸汽旁路過濾裝置，便于定期清理過濾器，防止蒸汽量不足而影響供氨量，以確保雙機運行期間氨區(qū)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

3.5 涉氨閥門更換為不銹鋼專用閥門

(1) 嚴格按照最新國標GB/T 34339-2017《燃煤煙氣脫硝噴氨混合系統(tǒng)》(征求意見稿)的氨用閥門技術(shù)要求進行更換，核實生產(chǎn)企業(yè)所持有的有效營業(yè)執(zhí)照、氨用閥專業(yè)制造資質(zhì)、ISO 9001:2008質(zhì)量管理體系認證、特種設(shè)備制造許可證等。

(2) 氨用氨區(qū)閥門須更換為不銹鋼閥門，選用主體304不銹鋼固溶暗桿免維護316不銹鋼雙層波紋管氨專用截止閥AWJ41F-25P或AWJ41F-40P，304不銹鋼固溶波紋管安全閥AWA42F-25P或AWA42F-40P。液氨罐一、二次門及隔離門等，必須選用符合國標要求的高等級不銹鋼氨專用閥門。閥門所有零部件不允許使用銅材料。

(3) 氨用氨區(qū)閥門的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、厚度、密封方式等符合GB/T 6478—2015《冷鐓和冷擠壓用鋼》、GB/T 12235—2007《石油、石化及相關(guān)工業(yè)用鋼制截止閥和升降式止回閥》、GB/T 12224—2005《鋼制閥門一般要求》等相關(guān)標準要求。

4 方案實施效果

SCR脫硝系統(tǒng)氨區(qū)優(yōu)化改造方案已于2016年11月實施完畢。該公司脫硝系統(tǒng)氨區(qū)采取上述優(yōu)化改造，并將氨區(qū)增加設(shè)備的控制納入原氨區(qū)PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)控制系統(tǒng)，經(jīng)半年運行，效果良好。

(1) 氨區(qū)設(shè)備運行的安全性得到全面提高，有效地控制了氨區(qū)液氨泄漏的環(huán)保風(fēng)險，減少了因氨區(qū)設(shè)備故障而停機的風(fēng)險。

(2) 優(yōu)化后的氨氣化、氨供應(yīng)系統(tǒng)容量滿足雙機運行需要，保證脫硝出口NOx小于40 mg/Nm3，保溫表面溫度不大于50 ℃，符合安全與超低排放要求。

(3) 發(fā)生故障時，可以與系統(tǒng)可靠隔離進行檢修，為脫硝系統(tǒng)的正常運行及機組超低排放環(huán)保竣工驗收提供了有力的保障。

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