關(guān)于液氨改尿素SCR區(qū)在系統(tǒng)啟停中防結(jié)晶的措施應(yīng)用

摘要：國家于2014年9月出臺《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，提出對我國燃煤機(jī)組全面實施節(jié)能減排升級與改造，正式明確東、中部地區(qū)煤電超低排放的要求。“十三五”期間，全國實施煤電超低排放改造約4.2億千瓦，實施節(jié)能改造約3.4億千瓦。到2020年，具備條件的30萬千瓦級以上機(jī)組全部實現(xiàn)超低排放。“超低排放”，成為煤電機(jī)組發(fā)展的關(guān)鍵詞，“十三五”以來，全國8.9億千瓦煤電機(jī)組達(dá)到超低排放，我國已建成了世界最大規(guī)模的超低排放清潔煤電供應(yīng)體系。截至2019年底，86%的煤電機(jī)組實現(xiàn)了超低排放，電力行業(yè)煙塵、二氧化硫、氮氧化物等主要大氣污染物累計排放總量較2015年減少約219萬噸，充分認(rèn)識做好“十四五”節(jié)能減排工作的重要性和緊迫性。當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化明顯加快，能源消費增速放緩，資源性、高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸衰減。但必須清醒認(rèn)識到，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費結(jié)構(gòu)持續(xù)升級，我國能源需求剛性增長，資源環(huán)境問題仍是制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的瓶頸之一，節(jié)能減排依然形勢嚴(yán)峻、任務(wù)艱巨。在此背景下，SCR煙氣脫硝方法由于其高的脫硝效率和相對廣泛的適應(yīng)性成為了在燃煤，SCR法脫硝還原劑的來源一般有三種，分別為液氨、氨水和尿素，目前應(yīng)用最多的是液氨。然而液氨若儲存超過10t，即構(gòu)成重大危險源。同樣，氨水也存在安全問題。基于此，在《火力發(fā)電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》和《火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中都明確規(guī)定[3-4]，位于大中城市及其近郊區(qū)的電廠（人口稠密區(qū)的脫硝設(shè)施）宜選用尿素作為還原劑。尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)也因此產(chǎn)生并迅速發(fā)展，華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司2 臺鍋爐液氨改尿素后，為防止出現(xiàn)結(jié)晶而導(dǎo)致管道堵塞，開展了從結(jié)晶探討、運行調(diào)整、管道吹掃等方面進(jìn)行研究分析，以及針對管道容易的結(jié)晶問題采取應(yīng)對處理措施，以期達(dá)到預(yù)防產(chǎn)品氣管道結(jié)晶對機(jī)組安全穩(wěn)定運行的影響。

關(guān)鍵詞：SCR;結(jié)晶;吹掃;溫度

1、設(shè)備概述

華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐采用東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)日本日立公司技術(shù)生產(chǎn)的DG2100/25.4-Ⅱ1型超臨界、變壓運行直流鍋爐;汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)西門子西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的N660-24.2/566/566超臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、雙背壓凝汽式汽輪機(jī);發(fā)電機(jī)采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司的QFSN-660-2型，水、氫、氫冷型、靜態(tài)勵磁，三相同步汽輪發(fā)電機(jī)。機(jī)組爐煙氣脫硝裝置布置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間，采用選擇性催化還原法（SCR法）脫硝工藝，原脫硝還原劑為液氨，經(jīng)2020年液氨改尿素工程后，現(xiàn)脫硝還原劑為尿素。尿素經(jīng)溶解儲存系統(tǒng)后，通過催化水解產(chǎn)生NH3、CO2、H2O混合氣經(jīng)SCR區(qū)噴氨系統(tǒng)進(jìn)入脫硝入口煙道。機(jī)組脫硝采用選擇性催化還原法（SCR），煙氣脫硝裝置安裝于鍋爐省煤器出口至空預(yù)器入口之間。脫硝裝置按 BMCR 工況下入口 NOx濃度 650mg/Nm3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）、脫硝效率不低于 92.3%（即脫硝裝置出口 NOx 排放濃度小于 50mg/Nm3）進(jìn)行設(shè)計。脫硝催化劑層 2+1 布置，采用蜂窩式催化劑。

2、結(jié)晶原因分析

脫硝化學(xué)反應(yīng)原理水解制氨反應(yīng)器中的基本反應(yīng)如下：

（x）H2O + NH2CONH2 --> NH4COONH2 +（x-1）H2O--> 2NH3 + CO2 +（x-1）H2O （1-1）

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H20 （1-2）

2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O （1-3）

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O （1-4）

其中式（1-2）和（1-4）是主要的反應(yīng)過程，因為煙氣中90%以上NOx是以NO形式存在。在反應(yīng)過程中，NH3選擇性的和NOx反應(yīng)生成無二次污染的N2和H2O隨煙氣排放，我公司SCR法脫硝工程還原劑選用液氨。為使催化劑充分發(fā)揮作用，脫硝反應(yīng)必須在一定的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行。尿素水解的產(chǎn)物為氨氣、二氧化碳、水蒸氣的混合氣，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在一定壓力溫度下逆反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)晶的氨基甲銨鹽，堵塞管道，影響系統(tǒng)運行，特別是在系統(tǒng)啟動或停運過程中，因管道初始溫度過低或停機(jī)后管道產(chǎn)品氣殘留，造成結(jié)晶物大量產(chǎn)生，堵塞管道，進(jìn)而造成環(huán)保事件，因此研究系統(tǒng)啟動及停運期間預(yù)防管道結(jié)晶，對電廠的安全經(jīng)濟(jì)運行意義重大。

3、啟動過程防止管道結(jié)晶的操作措施

3.1、開啟成品氣伴熱手動門，檢查伴熱正常。

3.2、檢查工業(yè)供汽至SCR區(qū)暖風(fēng)器供汽門總門后沿途手動門在正常運行狀態(tài)，疏水門開啟。

3.3、稍開工業(yè)供汽至SCR區(qū)暖風(fēng)器供汽門總門，進(jìn)行暖管，暖管結(jié)束后關(guān)閉各疏水門。

3.4、暖管結(jié)束，逐漸全開工業(yè)供汽至SCR區(qū)暖風(fēng)器供汽門總門，調(diào)整工業(yè)供汽至SCR區(qū)暖風(fēng)器供汽調(diào)門開度，控制母管壓力不超1.5MPa、暖風(fēng)器后風(fēng)溫維持140℃左右。

3.5、開啟輔汽至產(chǎn)品氣吹掃閥，開啟產(chǎn)品氣A/B側(cè)排污門進(jìn)行外排5分鐘，脫硝產(chǎn)品氣管道進(jìn)行暖管。

3.6、當(dāng)產(chǎn)品氣管道暖管溫度至130℃左右時，關(guān)閉輔汽至產(chǎn)品氣吹掃閥，開啟水解區(qū)供產(chǎn)品氣總門，開始供產(chǎn)品氣。

3.7、檢查脫硝產(chǎn)品氣系統(tǒng)運行正常，及時調(diào)整產(chǎn)品氣流量，控制氮氧化物在正常范圍。

4、停運過程防止管道結(jié)晶的操作措施

4.1、在機(jī)組停運過程中及時投入水解區(qū)至SCR區(qū)產(chǎn)品氣管道蒸汽吹掃系統(tǒng)，對水解區(qū)至噴氨格柵處管段進(jìn)行吹掃。保證吹掃蒸汽壓力大于0.3MPa，溫度高于130℃。

4.2、磨煤機(jī)給煤機(jī)全停后，關(guān)閉水解區(qū)產(chǎn)品氣總門，打開水解區(qū)至SCR區(qū)產(chǎn)品氣管道蒸汽吹掃手動門，對正常產(chǎn)品氣運行管道進(jìn)行吹掃，吹掃時間不低于10分鐘。

4.3、打開流量計、調(diào)門旁路門及A、B側(cè)備用兩臺阻火器前后手動門進(jìn)行吹掃，時間不低

于10分鐘。

4.4、停止鍋爐吹掃前，關(guān)閉A、B側(cè)各兩臺阻火器前后手動門，打開排污手動門，進(jìn)行外排吹掃，時間不低于10分鐘。關(guān)閉水解區(qū)至SCR區(qū)產(chǎn)品氣管道蒸汽吹掃手動門。

4.5、關(guān)閉A、B側(cè)產(chǎn)品氣手動門，打開工業(yè)供汽至SCR區(qū)產(chǎn)品氣管道吹掃手動門，進(jìn)行外排吹掃，時間不低于10分鐘。確定外排蒸汽無氨味。關(guān)閉工業(yè)供汽至SCR區(qū)產(chǎn)品氣管道吹掃手動門。

4.6、吹掃過程中分兩次全程開關(guān)A、B側(cè)產(chǎn)品氣調(diào)門和快關(guān)閥，吹掃后排污手動門保持全開狀態(tài)。

4.7、停機(jī)期間，每個天對A、B側(cè)產(chǎn)品氣調(diào)門和快關(guān)閥進(jìn)行一次全程開關(guān)試驗，防止閥門結(jié)晶卡塞。

5、結(jié)束語

隨著社會對安全因素的重視，尿素?zé)峤饧夹g(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用將日益廣泛。對于制約尿素?zé)峤饧夹g(shù)應(yīng)用的結(jié)晶問題，解決途徑一是要完善和改進(jìn)設(shè)計，包括優(yōu)化流場、溫度場，制定詳細(xì)的保溫、運行維護(hù)說明，充分考慮設(shè)計負(fù)荷等;二是要提高巡檢和維護(hù)的力度，按照運行維護(hù)說明，及早發(fā)現(xiàn)一切可能引起熱解系統(tǒng)結(jié)晶的起因，并早作預(yù)防。同時通過實踐證明，產(chǎn)品氣管道雖然采取了管道伴熱，但在系統(tǒng)停運期間，特別是管道法蘭、末梢等處伴熱溫度無法滿足安全要求。在環(huán)境溫度較低時，這種現(xiàn)象更加明顯，一個細(xì)節(jié)的疏忽可能導(dǎo)致機(jī)組無法啟動或帶來環(huán)保事件，因此嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的管道吹掃措施可有效防止產(chǎn)品氣管道結(jié)晶堵塞，切實保證鍋爐安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]周強(qiáng)泰.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，2009 年.

[2]裴慶春，章新偉.SCR尿素?zé)峤庀到y(tǒng)尿素結(jié)晶的預(yù)防與對策[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（000）004。

作者簡介：陳恒，1986年出生，男，中級工程師，河南省新鄉(xiāng)市人，畢業(yè)于河北工程大學(xué)，現(xiàn)工作于華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司運行部。