李 軍 ，林 祥 ，寧方勝

（1.國(guó)家能源集團(tuán)山東電力有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2.國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

現(xiàn)有的燃煤機(jī)組脫硝噴氨系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為雙路運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)鍋爐兩側(cè)噴氨管道，在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)一路噴氨發(fā)生故障時(shí)，只能停一側(cè)脫硝，造成煙氣氮氧化物超標(biāo)。面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，急需解決該問題。本文通過對(duì)某在線檢修的噴氨監(jiān)控系統(tǒng)改造，達(dá)到了排放要求。

1 電廠脫銷現(xiàn)狀

SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術(shù)，近幾年來發(fā)展較快，在國(guó)內(nèi)電廠得到了廣泛的應(yīng)用。氨催化還原法是目前應(yīng)用最多的技術(shù)，它沒有副產(chǎn)物，不形成二次污染，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，脫除效率高達(dá)90%以上，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)［1］。在催化劑的作用和有氧氣存在條件下，NH3優(yōu)先和NOx發(fā)生還原脫除反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，其主要反應(yīng)式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

在沒有催化劑的情況下，上述化學(xué)反應(yīng)只是在很窄的溫度范圍內(nèi)（980℃左右）進(jìn)行，采用催化劑時(shí)其反應(yīng)溫度可控制在300～400℃，相當(dāng)于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度。上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于NOx在煙氣中的濃度較低，故反應(yīng)引起催化劑溫度的升高可以忽略，反應(yīng)介質(zhì)主要通過氨管道送入噴氨格柵，進(jìn)行催化反應(yīng)。圖1是SCR法煙氣脫硝工藝流程示意圖。

圖1 SCR法煙氣脫硝工藝流程示意圖

隨著國(guó)家對(duì)大氣污染物超標(biāo)排放考核日益嚴(yán)格，對(duì)環(huán)保設(shè)備可靠性要求更高。燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)中，氨（尿素）流量監(jiān)測(cè)儀表和流量調(diào)節(jié)閥等設(shè)備發(fā)生缺陷時(shí)，影響脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，引起氮氧化物超排考核，困擾大部分燃煤機(jī)組。由于現(xiàn)有噴氨管道的設(shè)計(jì)方案考慮不周，每臺(tái)脫硝反應(yīng)器僅配置了一套氨（尿素）流量監(jiān)測(cè)儀表和流量調(diào)節(jié)閥，無備用手段。一旦設(shè)備發(fā)生故障，系統(tǒng)運(yùn)行期間難以隔離來進(jìn)行處理，脫硝反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度無法精確控制，容易導(dǎo)致噴氨過量造成較多的氨逃逸或噴氨量過少造成出口氮氧化物超標(biāo)排放。根據(jù)對(duì)國(guó)家能源下屬某300 MW機(jī)組缺陷統(tǒng)計(jì)，一年內(nèi)機(jī)組噴氨系統(tǒng)產(chǎn)生缺陷共58條。其中，流量計(jì)故障18條，調(diào)節(jié)閥附著雜質(zhì)造成調(diào)節(jié)不暢31條，其他9條。查閱工作票發(fā)現(xiàn)，該類缺陷的處理一般會(huì)持續(xù)4～5 h。為保證NOx排放達(dá)標(biāo)，單側(cè)處理缺陷時(shí)，運(yùn)行側(cè)加大噴氨量，會(huì)造成噴氨不均。在夏季用電高峰，為保證負(fù)荷和排放達(dá)標(biāo)，該現(xiàn)象更為嚴(yán)重，影響了鍋爐和相關(guān)輔機(jī)的安全運(yùn)行。

現(xiàn)有的脫硝設(shè)計(jì)規(guī)程、集團(tuán)公司安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)規(guī)范中，未對(duì)噴氨量監(jiān)控裝置是否設(shè)置備用回路進(jìn)行明確規(guī)定，調(diào)查國(guó)內(nèi)外脫硝系統(tǒng)均未設(shè)計(jì)備用噴氨量監(jiān)控裝置及回路。查閱公開文獻(xiàn)，也未發(fā)現(xiàn)有從事該問題的相關(guān)研究。電廠技術(shù)人員也未從根本上解決監(jiān)控裝置故障影響脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行問題的對(duì)策。為保證環(huán)保指標(biāo)的維持，有必要研究脫硝備用監(jiān)控裝置。改進(jìn)現(xiàn)有的脫硝噴氨流量監(jiān)控系統(tǒng)，增加噴氨量檢測(cè)和調(diào)節(jié)備用回路，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行／備用回路無擾切換，提高脫硝監(jiān)控系統(tǒng)可靠性，保證脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免因監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備缺陷導(dǎo)致的氮氧化物超標(biāo)排放或氨逃逸過量危害［2］。改造前系統(tǒng)及存在問題如圖2所示。

2 解決方案

經(jīng)過技術(shù)人員討論確定配置3路噴氨管道，包含調(diào)閥、流量計(jì)等，配置兩套運(yùn)行噴氨量監(jiān)控管路和一套備用噴氨量監(jiān)控管路，并各自通過隔離閥門并聯(lián)。當(dāng)任一套運(yùn)行噴氨量監(jiān)控管路中的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，將其與備用噴氨量監(jiān)控管路切換，使其退出運(yùn)行進(jìn)行檢修，不影響脫硝效果。

圖2 改造前噴氨流量監(jiān)控系統(tǒng)及存在問題

由于氨管道內(nèi)氨蒸氣會(huì)含有雜質(zhì)，一般設(shè)備廠家在選型時(shí)均選用進(jìn)口科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，經(jīng)過對(duì)多個(gè)電廠的考察，使用效果不理想。使用周期一般不超過1.5 a，故障原因主要是氨蒸氣中的雜質(zhì)附著到流量計(jì)管壁，造成無法測(cè)量。將流量計(jì)解體，取出附著物，硬度極高且不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，光譜分析發(fā)現(xiàn)主要物質(zhì)是Fe3O4，以及一些雜質(zhì)，如圖3所示。

圖3 附著物光譜分析圖

受限于氨蒸氣品質(zhì)，原有的流量計(jì)不適合該工況下使用，經(jīng)過電廠技術(shù)人員考察兄弟單位使用情況，考慮到氨蒸氣流量監(jiān)控的精度要求不高，但對(duì)可靠性要求突出，選用內(nèi)部楔塊，分體設(shè)計(jì)的流量計(jì)，該類型流量計(jì)通流面積大，受介質(zhì)腐蝕、結(jié)垢影響小，并且測(cè)量部分能在線更換和清理，電氣回路與測(cè)量回路分體設(shè)計(jì)，外殼為316UG不銹鋼帶00Cr25Ni22Mo2N（2RE69），能夠適用于腐蝕性介質(zhì)。

噴氨調(diào)節(jié)閥考慮到流體介質(zhì)為氣態(tài)氨，選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)（含閥體、墊圈，以及氣源配管、接頭等）內(nèi)未使用含銅、鋅及其合金材質(zhì)的設(shè)備材料，關(guān)鍵部件采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，定位器采用隔爆型產(chǎn)品，氣缸采用進(jìn)口STI產(chǎn)品。配套附件過濾器、減壓閥（就地壓力指示表）、疏水閥等氣動(dòng)三聯(lián)件，以及隔爆型閥位反饋行程開關(guān)，連接管采用316不銹鋼。閥門整體為一體化設(shè)計(jì)供貨，考慮到噴氨需要不間斷工作，選用閥門任何部件更換周期不大于4 h的某進(jìn)口產(chǎn)品。

手動(dòng)閥門選用閥體噴涂環(huán)氧樹脂，閥座采用硫化高強(qiáng)度厚EPDM橡膠，閥板采用1.4529雙相不銹鋼，同軸無銷連接的進(jìn)口某品牌產(chǎn)品。改造后回路如圖4所示。

圖4 改造后噴氨流量監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

考慮到在噴氨回路切換過程中，停運(yùn)的一路管道內(nèi)會(huì)有少量的氨蒸氣，檢修過程中該管路電伴熱停電，會(huì)造成管道溫度無法保持高溫，造成調(diào)門或流量計(jì)節(jié)流位置產(chǎn)生結(jié)晶。為解決這個(gè)問題，在每個(gè)噴氨回路增加一路蒸汽吹掃，通過原氨管道蒸汽伴熱引出高溫蒸汽，接入到流量計(jì)前部，并在調(diào)節(jié)閥后部引出，排大氣。在噴氨回路切換時(shí)，停運(yùn)的一路切換完畢，開啟蒸汽吹掃閥門，吹掃3 min，清除管道內(nèi)殘留的氨蒸氣。由于蒸汽溫度比較高，能達(dá)到240℃，如果該停運(yùn)的管路調(diào)節(jié)閥內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生結(jié)晶，可以加長(zhǎng)吹掃時(shí)間，對(duì)結(jié)晶物有良好的清除效果，減輕了檢修人員處理該類缺陷需要閥門解體的工作量，縮短了檢修時(shí)間。

為達(dá)到無擾切換的目的，在DCS中，對(duì)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，在噴氨管路切換過程中對(duì)需要切換的兩個(gè)調(diào)門操作幅度進(jìn)行限制，每分鐘不大于10%。如果運(yùn)行操作過快，CRT畫面會(huì)有報(bào)警，并閉鎖操作，直到運(yùn)行人員確認(rèn)并且速率達(dá)到每分鐘10%之內(nèi)，才可進(jìn)行開啟或關(guān)閉，從邏輯上杜絕了運(yùn)行人員的誤操作，確保噴氨不過量，排放不超標(biāo)。

3 實(shí)施效果

此方案在某電廠1號(hào)機(jī)組大修中進(jìn)行了實(shí)施，完成了該機(jī)組噴氨流量監(jiān)控系統(tǒng)的改造。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，為保證設(shè)備的可靠性，在蒸汽吹掃入口閥門處增加了一道隔離門，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，效果良好。

該機(jī)組為一臺(tái)300 MW機(jī)組，在連續(xù)運(yùn)行的5個(gè)月中由于單側(cè)噴氨調(diào)節(jié)閥故障無法在線檢修更換，經(jīng)常過量噴氨，出現(xiàn)空氣預(yù)熱器差壓升高情況。空氣預(yù)熱器差壓由原來的平均1 kPa左右升高到平均1.5 kPa左右，引風(fēng)機(jī)電流平均上升約34 A，5個(gè)月運(yùn)行3 600 h左右，按本機(jī)組電量計(jì)算，電耗增加約32.4萬元。方案實(shí)施后，曾發(fā)生噴氨管路阻塞現(xiàn)象兩次，切換到備用旁路檢修，未停脫硝，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益明顯。

4 結(jié)語

通過對(duì)噴氨回路改造，能夠圓滿解決噴氨系統(tǒng)在線檢修的問題，保證了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，環(huán)保達(dá)標(biāo)，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。