脫硝液氨在1 000 MW機組汽水加氨系統中的應用

潘麗娜，張 鑫

（華電萊州發電有限公司，山東 煙臺 261441）

0 引言

火電機組給水處理普遍采用氨水提高汽水pH值的方式，結合其他方法，防止熱力系統鋼材腐蝕。隨著機組負荷的增大，普通氨水品質難以滿足超超臨界機組對汽水品質的要求，已出現機組因氨水雜質含量高造成汽水系統鐵含量高的現象，影響機組安全穩定經濟運行。

1 氨水品質差原因分析

某公司2臺1 000 MW超超臨界機組給水采用OT加氧處理方式，如圖1所示。加氨水調整pH至9.0～9.2防止系統鋼材腐蝕，通過每周1次測定給水、蒸汽含鐵量觀察系統腐蝕情況。

GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》［1］規定：對于過熱蒸汽壓力大于18.3 MPa的直流爐，給水和蒸汽鐵離子質量濃度不大于 5 μg/L。 2013年 1月至 2015年 1月，1號、2號機組汽水含鐵量合格率低下，導致機組結垢嚴重，1號機組水冷壁結垢速率0.022 mm/a，高壓缸積鹽率0.011 mm/a，增加煤耗 1.57 g/kWh；2 號機組水冷壁結垢速率0.025 mm/a，汽輪機葉片積鹽率0.011 mm/a，增加煤耗1.24 g/kWh，結垢情況如圖2～3所示。

圖1 汽水加氨水系統

圖2 1號機組汽輪機高壓葉片結垢

圖3 2號組汽輪機低壓葉片結垢

從電廠氨水儲存罐取樣，對庫存氨水進行化驗：ρ（SiO2）≤120 μg/L；c（YD）=1.5 μmol/L；ρ（Na＋）=0.85 mg/L；φ （Cl-）=0.003 1%。 氨水質量不符合GB /T 631—2007 《化學試劑 氨水》［2］的要求，致使大量腐蝕因子進入機組汽水系統，腐蝕系統鋼材，造成汽水系統含鐵量大。

1.1 運輸罐車

與廠家及司機確認，使用氨水專用配貨罐車進行運輸，從現場罐車中取存樣，有濃烈刺激性氣味，定性分析為氨水。從化工廠裝入罐車前取樣化驗氨水：ρ（SiO2）≤109 μg/L；c（YD）=1.32 μmol/L；ρ（Na＋）=0.86 μg/L；φ（Cl-）=0.003 0%。 裝罐后取樣化驗氨水：ρ（SiO2）≤116 μg/L；c（YD）=1.48 μmol/L；ρ（Na＋）=0.908 μg/L；φ（Cl-）=0.003 9%。 可見運輸罐車清潔程度差也造成了氨水污染。

1.2 廠家生產氨水所用水質

從生產氨水的某化工廠取樣化驗其生產氨水所用的水質：ρ（SiO2）≤138 μg/L；c（YD）=1.8 μmol/L；ρ（Na＋）=960 μg/L；ρ（Cl-）=1 090 μg/L。

由此可見，運輸罐車清潔度差和廠家生產氨水所用水質不合格，是造成電廠氨水品質差的主要原因。

2 脫硝液氨用于汽水加氨系統可行性分析

基于以上分析，直接向汽水系統添加液氨，液氨是純凈物的NH3，尚未因配制水等原因而引入雜質，用于鍋爐給水調節pH值，將大大減少腐蝕因子的引入。

液氨不需要單獨采購，電廠脫硝過程中使用液氨，液氨罐存放于按國家標準設計的氨區，安全性有保障。

在電廠加藥系統中采用液氨尚未見報道，如何從脫硝用液氨管道上引出一管路至水汽加藥間的配氨計量箱，并且確保安全可靠，是液氨加藥系統的難點。

3 汽水加液氨系統實施

3.1 安裝

從液氨罐與卸氨壓縮機之間管道引出液氨加藥管，沿廠房南墻和西墻架空敷設管道，如圖4所示。

圖4 汽水加液氨系統

3.2 氨水雜質分析

汽水加液氨系統投運后，液氨儲罐壓力1.0 MPa時，配制 2%氨溶液 4 m3，耗時 35 min。脫硝、化學運行班組每2 h巡檢一次，氨區液氨儲罐壓力、氨氣檢漏儀無異常，水汽加藥間氨氣檢漏儀無異常，化學檢修班組連續10天檢查閥門、管道無泄漏。

從配氨計量箱取樣化驗稀氨水雜質含量，符合GB/T 631—2007《化學試劑氨水》分析純級別氨水要求和GB/T 12145 《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》對直流爐水質量要求，見表1。

表1 脫硝液氨配制的氨水雜質分析

4 應用效果

脫硝用液氨在汽水加藥系統中應用1年后，機組汽水平均鐵質量濃度統計見圖5，平均鐵質量濃度 分別為 1.5 μg/L、1.60 μg/L ，且 全部保 持 在GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》規定的期望值為3 μg/L以下，平均值為 1.59 μg/L，合格率為 100%。

圖5 汽水鐵質量濃度散點圖

5 經濟效益分析

5.1 節能降耗

據資料，水冷壁結垢0.1 mm，鍋爐效率降低0.5%，高壓缸均勻積鹽0.08 mm，汽輪機效率降低3%。鍋爐效率每降低0.1%，煤耗增加0.3 g/kWh；汽輪機效率每降低0.1%，煤耗同樣增加0.3 g/kWh。

2016年10月，1號機組小修，水冷壁向火側結垢厚度0.016 mm，結垢速率0.006 mm/a。年結垢厚度較2014年1月改造以前減少了0.016 mm/a。相當于煤耗減少0.24 g/kWh。汽缸未打開，汽輪機積鹽未測量。

2016年5月，2號機組小修，水冷壁向火側沉積量為厚度0.019 mm，結垢速率為0.008 mm/a。年結垢厚度較2013年12月改造以前減少0.025-0.008=0.017（mm/a）。相當于煤耗減少 0.255 g/kWh。汽缸未打開，汽輪機積鹽未測量。

年發電總量為120億kWh時，則每年僅鍋爐熱效率提高可節約煤量為2 970 t，折算到廠標準煤價格870元/t，每年節約的燃料費用為258.39萬元。

5.2 環保效益

節約燃料相應的會降低污染物排放。根據國家發改委節能減排相關國家標準及實際運行情況分析，可減排二氧化碳（汽輪機節省能耗未統計）7781.4 t，減排有毒氣體二氧化硫252.45 t，減排氮氧化物219.78 t。

節省的脫硫費用：處理1 t二氧化硫需要石灰石166.4元，則每年節省脫硫材料費用為4.20萬元。

節省的脫硝費用：處理1 t氮氧化物需要0.423 t液氨，液氨 3 000 元/t，需催化劑 1 031 元/t，則每年節省脫氮氧化物材料費為50.55萬元。

合計節省環保費用54.75萬元。

5.3 節省藥品費

采用外購質量分數為24%的氨水，每噸價格為4 500元，而液氨每噸為3 000元，每噸液氨可配4 t氨水。每年每臺機組要消耗30 t。每年可省112 500元，氨水加藥費用可降低83%。采用新汽水加液氨系統，每年節省藥品費用為22.5萬元。

5.4 節省人工費

采用新的液氨加藥系統可減少卸氨水、驗收氨水、檢修維護的工作。

每年購進氨水5次，每次需要2個人工卸氨水0.5個工作日，化驗室驗收氨水需要2個人工，1.5個小時，每年檢修維護需要2個人工，2個工作日，1個人工每天工資400元，新的系統檢修維護需要2個人工，1個工作日，則年節省人工2.84萬元。

5.5 初期設備投資少

在該公司二期建設中，采用新的液氨加藥系統，可精簡機務系統，減少土地資源的占用。原氨水配藥系統初期設備、管道、閥門、人工等初期投資40萬元，而現液氨系統管道、閥門、人工等初期投資僅2萬元。則二期工程可減少初期投資38萬元。

5.6 安全效益

垢是熱的不良導體，水冷壁管結垢，不僅影響鍋爐運行的經濟性，嚴重影響爐管安全性，造成垢下腐蝕，甚至會引起爆管，損失不可估量。

汽輪機積鹽，不僅使機組的效率下降，而且增加推力軸承負荷，加速葉片腐蝕。

6 結語

針對普通氨水品質難以滿足超超臨界機組對汽水品質的要求，首次提出將脫硝用液氨配制成合適濃度的氨水加入電廠汽水系統，經改造后檢驗能夠達到預期效果，對改造的經濟性進行了論證。各電廠均投入了脫硝系統，本技術可應用于所有電廠汽水加藥系統，具有較高的可移植性，不但安全性能高，而且提高汽水品質效果顯著經濟效益明顯，具有推廣價值。