煙氣脫硝評價裝置制氮系統(tǒng)運行故障分析及處理

岳彥偉，謝興星，季俊飛，閆 力

(大唐南京環(huán)保科技有限責任公司，江蘇 南京 211111)

對煙氣脫硝催化劑工藝性能指標檢測時，在煙氣模擬環(huán)節(jié)，實驗室采用的有配氣法和燃燒法兩種。筆者所在實驗室，采用小型制氮系統(tǒng)提供氮氣，與高純的NO、NH3、SO2等氣體混合模擬原煙氣組分進行試驗測試。制氮裝置運行過程中故障時有發(fā)生，對催化劑檢測工作造成較大影響。現(xiàn)將制氮系統(tǒng)維護和維修處理過程中所獲得的經(jīng)驗進行分享。

1 制氮系統(tǒng)工藝流程介紹

制氮系統(tǒng)主要由空壓機、空氣凈化組件(管道預過濾器、冷凍式干燥機、精過濾器、超精過濾器、除油器)、制氮機組成。

空壓機將原料空氣壓縮，使空氣壓縮到0.7 MPa。壓縮空氣通入空氣凈化組件，先由管道預過濾器分離一部分油、水和固體粒子從排污閥排出，剩余壓縮空氣進入冷凍式干燥機去除水分，經(jīng)過精過濾器和超精過濾器兩級過濾將固體粒子過濾到0.01μm，再經(jīng)過活性炭除油器將壓縮空氣含油量脫除在小于等于0.003mg/m3，從而達到氣源潔凈標準。凈化后的壓縮空氣通入兩個緩沖罐，其中一個空氣緩沖罐中的空氣(約21%O2)作為實驗室氧氣氣源，另一個空氣緩沖罐中的空氣作為制氮機的氣源。

制氮機通過變壓吸附分離原理，利用分子篩對不同氣體吸附性能的差異，將空氣中的氮氣分離出來。工作流程如下：先是空氣緩沖罐中的壓縮空氣從制氮機底部進入左吸附塔開始加壓吸附[1]，空氣中的氧氣和二氧化碳等被分子篩選擇性吸附并截留于塔內，剩余純氮氣從吸附塔上部排入氮氣緩沖罐備用[2]。左塔吸附完成后，開始解壓再生，將吸附的氧氣和二氧化碳等排放大氣；與此同時，右吸附塔開始增壓吸附。然后，兩吸附塔并聯(lián)交替進行加壓吸附和解壓再生，從而獲得連續(xù)的氮氣流[3]。最終制得的氮氣純度可達99.9%，可作為煙氣脫硝評價裝置的煙氣氣源，也可用于煙氣分析儀和氨逃逸分析儀等儀表吹掃氣。

2 制氮系統(tǒng)主要故障分析

2.1 分子篩噴篩

分子篩噴篩是指消聲器出現(xiàn)黑色煙霧的異常情況，黑色煙霧一般為粉化后的分子篩。噴篩前期現(xiàn)象為氮氣流量下降，通過調節(jié)流量發(fā)現(xiàn)故障并未改善，檢查氮氣分析儀發(fā)現(xiàn)分析儀并無故障，接著檢查吸附壓力，因為進氣壓力無恙，故減壓閥、過濾器、冷干機、氣動閥均無恙。此時在制氮機繼續(xù)工作的情況下，很容易出現(xiàn)噴篩現(xiàn)象。噴篩的直接原因是分子篩粉化或者吸附塔內部組件損壞，粉化或損壞的發(fā)生是有多種可能原因的。

2.1.1 空壓機氣源壓力波動

空氣中腐蝕性氣體、空氣濕度、空氣中粉塵、水中有害離子形成沉積物都可能對空壓機內部構件造成腐蝕，影響工作性能，使出氣壓力產(chǎn)生一定波動，這很容易對分子篩產(chǎn)生沖擊，造成磨損。

2.1.2 空氣凈化組件異常

分子篩吸濕能力極強，忌油和液態(tài)水，在進入吸附塔之前需要除去壓縮空氣中的油污和水分[4]，凈化組件的正常工作顯得尤為重要。冷干機及排水閥異常會使水分過大，除油器內活性炭飽和或失效會使油分過大，各級過濾器濾芯損壞會使剩余固體粒子粒徑變大、數(shù)量變多，氣源含油量、含水量、固體粒子量低于氣源潔凈標準，會使分子篩硬度降低，使吸附效率下降，同時加劇分子篩粉化。

2.1.3 分子篩填充不實

吸附塔在填充分子篩時需要振動工具使其填充密實，如果填充不實，當有氣流經(jīng)過時，會使分子篩位移過大，運動過于劇烈，內部摩擦加大，加速粉化。

2.1.4 閥門故障

制氮機管路配置電磁閥、角座式氣動閥進行管路切斷或流量調節(jié)，閥門故障會使制氮機進入紊亂的氣流，加大分子篩之間的摩擦，加劇粉化。

2.1.5 壓緊裝置損壞

吸附塔內壓緊裝置的作用是始終壓緊吸附塔內的碳分子篩，防止分子篩因下沉而產(chǎn)生竄動造成粉化。壓緊裝置損壞就不會對分子篩施加壓力，使吸附塔內空間體積過大，分子篩發(fā)生粉化破碎。

2.1.6 內部構件開裂

分子篩會因為氣流產(chǎn)生位移，沖擊會對濾網(wǎng)、棕墊、中部通氣頭、均布板這些內部構件造成破損或開裂，造成分子篩泄露。

2.2 氮氣純度不合格

制氮機制得的氮氣純度可達99.999%，煙氣脫硝評價裝置測試過程中，氮氣作為煙氣氣源和分析儀表吹掃氣，要求純度達到99.9%。在制氮機工作過程中，有時會出現(xiàn)氮氣純度下降的情況，對催化劑評價測試結果產(chǎn)生影響。氮氣純度的不合格也是有多個可能原因的。

2.2.1 氣源壓力不穩(wěn)定

空氣緩沖罐中氣體壓力一般為0.7MPa時進行變壓吸附，壓力不穩(wěn)定會使分子篩的吸附過程不能完全進行，未被吸附的氧氣、二氧化碳隨氮氣進入氮氣緩沖罐，導致氮氣純度降低。

2.2.2 過濾器壓差大

當過濾器濾芯吸附了過多固體粒子時，會對氣體流動產(chǎn)生一定影響，使經(jīng)過過濾器的氣體前后壓差加大，這會對氣源壓力造成一定影響，影響氮氣純度。

2.2.3 氣動閥故障

氣動閥是借助壓縮空氣驅動對氣體流量控制的閥門，氣動閥不動作或漏氣會使氣源工作流量改變，氣源壓力發(fā)生明顯改變，影響氮氣純度。

2.2.4 分子篩失效

氣源達不到潔凈標準，攜帶過多水、油和固體粒子進入吸附塔，這些物質被吸附進入分子篩，會堵塞分子篩內部微孔，使分子篩吸附能力下降或失去，即分子篩失效。分子篩失效意味著不能很好的吸附氣源中氧氣，供氣氧氣含量增大，氮氣純度相應降低。

2.2.5 氧分析儀偏差或失靈

氮氣緩沖罐后端采用氧氣分析儀測量氧氣濃度，氧電極將氧氣濃度轉為電信號，經(jīng)過減法換算顯示氣體中氮氣濃度。進氣管漏氣、氧電極被污染或失效都會使氮氣含量示數(shù)錯誤，造成氮氣純度不合格的現(xiàn)象。

3 制氮系統(tǒng)主要故障處理

3.1 分子篩噴篩

分子篩噴篩之后首先需要做的是對粉化的分子篩進行過濾，并且添加相應量的分子篩，填充的同時需要采用專業(yè)填充振動設備以保證回裝密度。之后針對一些可能的原因進行對應的處理措施。

3.1.1 空壓機

定期維護保養(yǎng)檢查，定期更換空濾器、空濾芯、油過濾芯、油分離芯、冷卻油，定期清洗冷卻器芯和冷卻器，定期潤滑電機。

3.1.2 空氣凈化組件

定期更換過濾器濾芯，定期更換除油器活性炭，及時檢查冷干機及排污閥工作狀態(tài)，在使用過程中需要及時排除水和油污以減輕凈化設施負荷[1]。

3.1.3 閥門

注意閥門的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時檢修并分析可能的故障原因，如有必要及時更換。

3.1.4 壓緊裝置

更換吸附塔機械壓緊裝置鎖緊螺桿彈簧，定期檢查壓緊裝置位置并記錄。針對分子篩料位，還需要在氣缸法蘭密封面上方設置對應的分子篩料位低限，當料位低于低限時，就需要及時填補分子篩。

3.1.5 內部構件

分子篩填充的同時需要對棕墊、濾網(wǎng)、均布板、密封件進行更換，對中部通氣頭進行加固。

3.2 氮氣純度不合格

產(chǎn)品氮氣純度達不到要求時只能將其放空[5]，極大的浪費資源，不符合經(jīng)濟化需求，需要及時消除故障以保證氮氣純度。故障排除方法見表1。

表1 氮氣純度不合格故障原因及對應排除方法

4 結語

煙氣脫硝評價裝置制氮系統(tǒng)主要由空壓機、空氣凈化組件和制氮機組成，在運行過程中主要故障為分子篩噴篩和氮氣純度不合格。通過對故障進行原因分析和處理，可大大降低設備故障率，提升氣源純度和穩(wěn)定性，有效保證測試工作的連續(xù)性和安全性。