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(jī)組，項(xiàng)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(píng)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(jī)組因火電市場(chǎng)不景氣而被迫轉(zhuǎn)入緩建。2013年3月該項(xiàng)目全面復(fù)工，2014年11月投產(chǎn)。自機(jī)組運(yùn)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(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)概況

該項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限值所簽訂的；而機(jī)組在2014年11月投產(chǎn)時(shí)，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)已提高到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。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(duì)脫硝系統(tǒng)污染防治措施進(jìn)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(tái)鍋爐配備1套脫硝裝置(2臺(tái)SCR反應(yīng)器)，還原劑是液氨，保證脫硝效率達(dá)到80 %，NOX排放濃度控制在100 mg/Nm3以下。2016年2月，該項(xiàng)目通過山西省環(huán)保廳竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收。

按照《山西省人民政府辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造工作的通知》（晉政辦發(fā)[2015]15號(hào)）的要求，該公司于2016年8，11月分別完成2臺(tái)機(jī)組煙氣超低排放改造，且都通過了省環(huán)保廳超低排放驗(yàn)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(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》中第Ⅰ類超低排放標(biāo)準(zhǔn)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(jī)組對(duì)脫硝系統(tǒng)氨區(qū)進(jìn)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(shí)現(xiàn)全年NOX減排332.76 t的目標(biāo)，達(dá)到超低排放改造的環(huán)保要求。

2 氨區(qū)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

氨區(qū)系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)和設(shè)備制造先天不足(因?yàn)楸竟こ毯贤灦〞r(shí)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(dòng)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(chǎng)安全運(yùn)行和正常維護(hù)，更難滿足日益嚴(yán)格的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求，急需進(jìn)行設(shè)計(jì)完善和設(shè)備系統(tǒng)整改，提高機(jī)組煙氣脫硝效果，抵御環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生嚴(yán)重的環(huán)保事件。氨區(qū)運(yùn)行中暴露的問題及存在隱患有以下4個(gè)方面。

(1) 氣化罐設(shè)計(jì)容量不足，換熱量不夠。機(jī)組雙機(jī)運(yùn)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(hù)動(dòng)作、關(guān)閉液氨閥的情況。雙機(jī)運(yùn)行，需2臺(tái)氣化罐同時(shí)工作，緩沖罐壓力在低限(0.2 MPa)附近，2臺(tái)氣化罐同時(shí)運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)，若關(guān)閉液氨閥，將導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，排放數(shù)據(jù)超標(biāo)。

(2) 混合式液氨汽化器振動(dòng)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(dòng)，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(yùn)行中無法隔離。只有1個(gè)氨氣緩沖罐(體積2.3 m3），2個(gè)氣化罐出口并入母管進(jìn)入唯一緩沖罐，系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷時(shí)，機(jī)組運(yùn)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(jī)停運(yùn)后更換閥門。

(4) 氨區(qū)無專用蒸汽管線，輔汽來汽管道同時(shí)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(jìn)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(dòng)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(jì)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(jìn)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(gè)氣化罐對(duì)應(yīng)1臺(tái)緩沖罐，便于系統(tǒng)可靠隔離，及時(shí)消缺，提高供氨系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了“一用一備”的運(yùn)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(yùn)行中振動(dòng)強(qiáng)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(jìn)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(dòng)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

3.3 增加氨氣化罐的容量

在2臺(tái)液氨氣化器液氨進(jìn)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(dòng)次數(shù)，減小振動(dòng)，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(yùn)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(jì)為每臺(tái)300 kg/h，單臺(tái)氣化罐的供氣量不能滿足超低排放改造成雙機(jī)運(yùn)行的需要，只能啟動(dòng)2臺(tái)氣化罐運(yùn)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(jī)運(yùn)行的情況，本次改造設(shè)計(jì)方案中汽化罐的實(shí)際容量應(yīng)有約1/3的富裕量，將氣化罐容量提高為每臺(tái)650 kg/h，以滿足超低排放改造后雙機(jī)同時(shí)運(yùn)行需要。

3.4 增加專用蒸汽管道

針對(duì)原有的氨區(qū)、液氧站共用蒸汽管道發(fā)生故障時(shí)，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(dòng)，氨氣供應(yīng)中斷。同時(shí)，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(jī)運(yùn)行期間氨區(qū)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 涉氨閥門更換為不銹鋼專用閥門

(1) 嚴(yán)格按照最新國標(biāo)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(jìn)行更換，核實(shí)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(rèn)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(hù)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(biāo)要求的高等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)要求。

4 方案實(shí)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(shí)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(yùn)行，效果良好。

(1) 氨區(qū)設(shè)備運(yùn)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(xiǎn)，減少了因氨區(qū)設(shè)備故障而停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 優(yōu)化后的氨氣化、氨供應(yīng)系統(tǒng)容量滿足雙機(jī)運(yùn)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(shí)，可以與系統(tǒng)可靠隔離進(jìn)行檢修，為脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行及機(jī)組超低排放環(huán)?？⒐を?yàn)收提供了有力的保障。

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