燃煤發(fā)電廠尿素催化水解制氨工藝運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理

菅春樹(shù)

（天津大唐國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301900）

0 引言

SCR煙氣脫硝技術(shù)是目前燃煤發(fā)電廠脫硝的主流技術(shù)，其采用氨氣作為還原劑，在催化劑的作用下，將氮氧化物還原成氮?dú)夂退?，從而達(dá)到脫硝的目的。目前，SCR脫硝制氨技術(shù)主要有兩種：一種是采用液氨法；另一種是采用尿素法。尿素制氨技術(shù)主要有尿素?zé)峤?、普通尿素水解和尿素催化水解。由于液氨作為脫硝還原劑存在較大的安全隱患，以防范重特大事故為重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的分級(jí)管控，因而城市周邊的電廠，尤其是燃煤發(fā)電廠，采用尿素制氨技術(shù)已成為共識(shí)。由于尿素催化制氨反應(yīng)速度快、能耗低、副產(chǎn)品物少等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)作為電廠首先方案。2017年為落實(shí)集團(tuán)要求，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的分級(jí)管控，實(shí)施了脫硝還原劑由液氨改尿素催化水解技術(shù)制氨工程，項(xiàng)目于2018年8月份投入運(yùn)行。項(xiàng)目經(jīng)過(guò)在實(shí)際中不斷改進(jìn)和完善，目前整體系統(tǒng)在2X600MW機(jī)組運(yùn)行中穩(wěn)定。工藝結(jié)構(gòu)可以在其它機(jī)組改造中加以借鑒。

1 尿素水解制氨系統(tǒng)主要工藝

尿素催化水解制氨流程為：將儲(chǔ)存于尿素儲(chǔ)存間的袋裝尿素人工拆包，拆包后的尿素經(jīng)斗提機(jī)輸送到溶解罐里。用除鹽水經(jīng)蒸汽換熱器加熱將尿素顆粒溶解成40%～50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，再通過(guò)尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐。尿素溶液儲(chǔ)存罐里的尿素溶液利用蒸汽換熱器加熱對(duì)其進(jìn)行保溫，溫度維持在40～50℃。溶液罐里的尿素溶液通過(guò)溶液輸送泵持續(xù)送至催化水解反應(yīng)器，進(jìn)行水解產(chǎn)生氨氣。加熱蒸汽疏水回收至疏水箱。尿素溶液經(jīng)由尿素溶液輸送高流量泵根據(jù)汽側(cè)壓力等控制進(jìn)入水解反應(yīng)器，利用蒸汽對(duì)其進(jìn)行加熱水解，水解產(chǎn)生出來(lái)的含氨氣流經(jīng)流量調(diào)節(jié)模塊分配后進(jìn)入氨空氣混合器被熱的稀釋空氣稀釋后，產(chǎn)生濃度小于5%的氨氣進(jìn)入氨氣—煙汽混合系統(tǒng)，并由氨噴射系統(tǒng)噴入SCR反應(yīng)塔內(nèi).。

2 水解制氨工藝設(shè)備投入后存在的問(wèn)題及處理

兩臺(tái)水解器設(shè)計(jì)共用一個(gè)材質(zhì)316L出口母管，產(chǎn)品汽輸送管采用套管伴熱方式進(jìn)行伴熱防止系統(tǒng)結(jié)晶，在產(chǎn)品汽輸送管外面套裝材質(zhì)為碳鋼的蒸汽管，蒸汽管外再加上絕熱保溫棉工藝。工作時(shí)輔助蒸汽從產(chǎn)品汽管外和加套管內(nèi)通過(guò)，蒸汽直接加熱產(chǎn)品汽管。蒸汽從夾套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，冷凝水管在套管根部設(shè)置一次隔斷門(mén)，冷凝水進(jìn)入冷凝水收集管回疏水箱中二次利用，在實(shí)際投入運(yùn)行時(shí)從管廊架至地面上的疏水閥管道內(nèi)積存較多冷凝液，出現(xiàn)伴熱溫度低，且冬季頻繁出現(xiàn)豎直疏水管與二次手動(dòng)門(mén)處凍固焊口結(jié)冰開(kāi)裂；疏水閥疏水不暢，導(dǎo)致疏水大量積存，故障疏水閥直接排出蒸汽，增加了蒸汽的耗量；在豎直疏水管道安裝DN32截止閥，管道內(nèi)的殘留雜質(zhì)，堵塞管路導(dǎo)致疏水閥無(wú)法疏水和流通蒸汽；套管式伴熱，伴熱蒸汽170℃左右，產(chǎn)品汽在138℃左右，兩種不同材質(zhì)管道熱縮性不一致，造成產(chǎn)品管道拉長(zhǎng)變形嚴(yán)重出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，疏水箱內(nèi)出現(xiàn)了氨水味。兩臺(tái)水解器出口公用一根母管給兩臺(tái)機(jī)組供氨，非單元制設(shè)計(jì)。一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)吹掃。為解決上述問(wèn)題，在機(jī)組檢修時(shí)對(duì)產(chǎn)品汽輸送管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元制改造，每臺(tái)水解器對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組，單元母管之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)門(mén)。對(duì)產(chǎn)品汽管道伴熱改造為伴熱管鋪設(shè)。與產(chǎn)品汽及尿素溶液接觸閥門(mén)內(nèi)漏或雜物卡澀，產(chǎn)品汽管道吹掃管道閥門(mén)內(nèi)漏，產(chǎn)品汽體進(jìn)入吹掃蒸汽管道內(nèi)使材質(zhì)差的閥門(mén)、管道腐蝕泄漏。蒸汽吹掃管道設(shè)計(jì)母管一個(gè)，分支引出到底部排污管道吹掃、表面排污吹掃、尿素溶液輸送管道吹掃，全部混用蒸汽母管造成產(chǎn)品汽互通，造成薄弱點(diǎn)泄漏。尿素溶液輸送管道排污排管與水解器加熱管道疏水管聯(lián)通，在與尿素溶液連接閥門(mén)內(nèi)漏時(shí)會(huì)造成了疏水管道結(jié)晶堵塞問(wèn)題。尿素顆粒物含有雜質(zhì)以及同時(shí)人工拆卸袋子時(shí)加裝尿素顆粒。把水泥地面上雜質(zhì)也隨尿素顆粒一同送入溶解罐中，細(xì)小顆粒部分進(jìn)入尿素水解器中，部分雜物沉積水解器底部；還有部分雜物隨產(chǎn)品器進(jìn)入管道，粘結(jié)在閥門(mén)球體和閥體。顆粒物造成閥門(mén)卡澀無(wú)法開(kāi)關(guān)或關(guān)閉不嚴(yán)。產(chǎn)品汽母管至3、4號(hào)機(jī)組出口手動(dòng)門(mén)、聯(lián)絡(luò)門(mén)、事故排放閥門(mén)等發(fā)生過(guò)卡澀，嚴(yán)重影響設(shè)備安全和環(huán)保事件。針對(duì)閥門(mén)內(nèi)漏及顆粒雜物問(wèn)題，廠內(nèi)決定所有與尿素水解產(chǎn)品汽以及尿素溶液接觸的閥門(mén)材質(zhì)采用2205及以上等級(jí)的不銹鋼。人工溶解尿素顆粒物加裝吸料機(jī)及鋪設(shè)鐵板槽，尿素溶解罐制作了罐裝車(chē)接口管道，盡快能減少雜質(zhì)隨尿素顆粒進(jìn)入尿素溶液中。機(jī)組負(fù)荷高，水解器出力大時(shí)，適當(dāng)增加水解器排污時(shí)間和排污次數(shù)。機(jī)組負(fù)荷低，水解器出力小時(shí)，適當(dāng)減少水解器排污時(shí)間和排污次數(shù)。水解器蒸汽管道排污管與尿素溶液疏送管排污實(shí)現(xiàn)單獨(dú)鋪設(shè)。杜絕蒸汽與氨氣互通腐蝕。

尿素水解區(qū)域內(nèi)沒(méi)有設(shè)置氨汽吸收系統(tǒng)，事故狀態(tài)下氨汽主要排放至地坑中，造成地坑四周環(huán)境中氨味較大。制作氨氣吸收罐、連接管道和噴淋水管。水解器安全門(mén)排放管道連接至氨汽吸收罐。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，氨氣排入氨汽吸收罐，當(dāng)吸收罐內(nèi)溫度達(dá)到30℃時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟噴淋，大量消防水噴出吸收氨氣。含氨廢水通過(guò)氨氣吸收罐的溢流水管排出，進(jìn)入廢水坑。

水解器加熱后疏水、溶解罐、儲(chǔ)存罐、產(chǎn)品汽管道伴熱疏水全部進(jìn)入疏水箱，疏水由于溫度高于100℃，會(huì)全部從疏水箱排氣管排入大氣，在冬季排出蒸汽特別明顯，熱量損耗較大。對(duì)于疏水箱排空管冒蒸汽問(wèn)題，公司技術(shù)人員對(duì)排空管口進(jìn)行改造，將管引向上至屋頂，并設(shè)置不銹鋼水箱，冷凝水回至排汽管豎直管段。對(duì)蒸汽進(jìn)行降溫冷凝，回收至疏水箱。改造后，通過(guò)疏水箱排空管排放的蒸汽約減少了很多，但不能實(shí)現(xiàn)全部蒸汽的回收。新建系統(tǒng)電廠可以考慮實(shí)現(xiàn)各路疏水單獨(dú)進(jìn)入疏水箱，至少將溶解罐、水解器、尿素水解車(chē)間伴熱疏水三路分開(kāi)，并在各支路上設(shè)隔離門(mén)，以方便檢修檢查。

兩臺(tái)水解器在檢修時(shí)，需要對(duì)水解器內(nèi)尿素溶液從底部排污管道排盡。近年電廠控制總排水口廢水氨氮指標(biāo)?？刂扑馄鲝U液和檢修時(shí)罐內(nèi)溶液進(jìn)入總排口水中，在水解器的底部排污管引支管進(jìn)入催化劑罐，臨時(shí)收集排放尿素溶液等待檢修后通過(guò)泵打回水解器內(nèi)或直接打入另一臺(tái)水解器內(nèi)。

隨著對(duì)尿素催化水解制氨技術(shù)工藝不斷完善升級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修頻率降低了，運(yùn)行參數(shù)在保持在正常狀態(tài)，整體系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定?；旧辖鉀Q了尿素水解處理系統(tǒng)運(yùn)行中管道出現(xiàn)結(jié)晶、堵塞、閥門(mén)卡澀、檢修困難等問(wèn)題。系統(tǒng)滿足地標(biāo)控制NOx排放指標(biāo)需求、改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境、承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。同時(shí)對(duì)原有還原劑制備系統(tǒng)將要進(jìn)行改造尿素水解系統(tǒng)的燃煤電廠提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。