燃煤电厂脱硝工程液氨系统堵塞的分析

燃煤电厂脱硝工程液氨系统堵塞的分析

杨杰

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司邯郸056046）

摘要：根据马头发电公司2×300MW机组脱硝系统液氨区频繁发生液氨管路的情况，通过堵塞物成分进行分析，查找液氨管路堵塞的原因和解决办法，有效解决了液氨区运行过程中的异常问题，保证了脱硝系统安全稳定运行，为其它电厂脱硝系统氨区安全运行提供可靠性经验。

关键词：脱硝系统；液氨；堵塞

大唐河北发电有限公司马头热电分公司于2013年对“上大压小”供热工程2×300MW机组进行烟气脱硝改造，脱硝装置选用选择性催化还原技术（简称SCR），还原剂为氨气，其制备和供应采用液氨区。全部系统改造完毕于2013年12月份投运。2014年4月，氨区开始出现缓冲罐供氨压力下降、液氨管道堵塞等异常现象。

1液氨区系统概况及存在问题

液氨区分储存、制备、供应系统，主要设备包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵等。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内，储槽中的液氨靠自重及储罐内压力输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲罐来控制一定的压力及其流量，然后与稀释空气混合均匀，再送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理系统。

氨区供应系统设计工况下运行压力为0.18Mpa。2014年期间，液氨区一直运行良好；2015年3月27日，氨区供应系统首次在运行中出现30min内供氨压力急剧下降缺陷，压力最低降至0.06Mpa，氨气温度正常，SCR区氨耗量比设计耗量降低20%，液氨储罐压力为0.8Mpa；经进一步检查发现，当供氨压力出现下降时，蒸发器前端的液氨调节阀开度由23%迅速开展至100%，其前、后压力均为0.78Mpa，压降几乎为零，而缓冲罐供氨压力继续下降。经检修人员对蒸发器液氨入口管路进行轻轻敲打震击，供氨压力逐渐恢复正常。

2015年4月份，液氨区开始频繁出现缓冲罐压力无法维持的现象，检修人员再次对蒸发器液氨入口管路进行轻轻敲打震击，已无法消除该缺陷，最终确认液氨蒸发系统内部杂质堵塞。

经统计，液氨管路在4月份共出现12次堵塞缺陷，严重影响电厂机组烟气中氮氧化物排放量。为保证电厂机组烟气排放能达到国家环保排放要求，开展了液氨管路堵塞原因分析及消除堵塞的技术研究，以期提高液氨系统运行稳定性和系统出力。

2液氨堵塞问题分析

2.1堵塞位置

2015年5月，检修人员对蒸发器液氨入口管路进行解体检查，发现在液氨调节阀阀座、调节阀后管路有杂质，杂质初期呈白色，在空气中放置一段时间变为褐色；手触摸液氨管路内壁可见黑色油质。

根据液氨管路杂质的含量较大情况，我公司检修人员又对液氨储罐扩大检查，经氮气置换、清水浸泡后打开人孔发现，液氨储罐底部沉积大量白色杂物，经测量杂物厚度10mm，计算体积为0.15m3。

2.2液氨管路结垢成分分析

5月20日，将3号液氨管内沉积物送东北电科院进行成分分析，经化学检测，堵塞物的主要金属成分为Fe2O3，从检测出堵塞物主要元素为Fe、C，少量元素为Ca、Si。

具体成分CO258.5%；Fe2O324.90%；CaO14.7%；SiO21.90%。

2.3杂质存在原因分析

根据以上堵塞物成分检验结果判断，蒸发器内存在杂质的原因可能是：

①目前工业制取液氨的方法主要是将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气，对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质后，在高温高压时在催化剂的作用下合成得到，极有可能在合成氨生产中气体净化不彻底，合成催化触媒脱落，造成催化剂触媒、铁锈、水分等杂质悬浮于液氨中，它们与液氨一同进入蒸发器盘管内，液氨气化后析出。

②铁锈的主要成分是Fe2O3，一般16MnR材料的铁锈中含铁量68%，含氧量约为29%，其余杂质为3%（质量分数）。我国在合成氨工业生产中所用的催化剂a-Fe触媒的主要成分是FeO和Fe2O3，铁比一般控制在0.55-0.65，并含有微量的促进剂，如Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2、CoO等。催化剂老化后，会有触媒粉脱落悬浮于液氨中。【1】

③液氨储罐安装完成后，储罐内杂质没有清理干净，杂物、铁销等悬浮于液氨中，在蒸发器盘管内液氨气化析出。

④液氨流动过程中挥发产生吸热反应，管道温度降低后液氨析出一些粘稠物以及部分油。经咨询厂家，液氨生产过程中，压缩机柱塞油脂被夹杂带入液氨，出厂携带后进入氨罐；系统长时间运行后，上述杂物将液氨出口母管管径较细小处如出口手动门、调节门、温度测点等部位堵塞，导致液氨供应不及时、缓冲罐压力迅速下降。

⑤因氨系统主要设备及管路均为碳钢材质，设备腐蚀也会造成氧化铁的产生，而液氨含水是造成设备腐蚀的一个重要原因。我公司液氨区在运行中曾出现蒸发器液位高报警信号，经排污放出少量水，之后液位高报警信号消除，因此可判断采购的液氨并非高纯液氨，其中含有少量水分。根据氨的化学性质，氨呈碱性、并具有强腐蚀性，无水氨对大多数普通金属不起作用，但是如果混有少量水分或湿气，则不管气态或液态都对铜、银、锡、锌及其合金发生激烈作用。

综上所述，液氨的品质存在问题，有液氨含水、压缩机油、触媒粉等杂质悬浮于液氨的可能性最大，也不排除液氨储罐内在进氨前存在一部分铁屑。

3针对性措施

根据对液氨管路生成的杂质进行原因分析后，制定了如下整改措施：

3.1由于液氨在生产过程中因生产工艺、过程控制的差异等使液氨中携带触媒催化剂杂质。因此，对液氨供货的品质进行严格把关是极其必要的，一般应选择有规模、有资质的化工厂作为供货商。

3.2更换蒸发器的液氨入口管路材质，由碳钢改为不锈钢，减少液氨中的油质、水份等对管路内壁造成的腐蚀，增加管路的抗腐蚀性能。

3.3在卸氨液相管路上加装氨专用过滤器。过滤器规格：流量50m?/h，公称压力2.5MPa，快速接头，更换式滤芯，壳体材质304，带排污、氮气置换装置。过滤精度0.5μm，根据过滤器前后压差变化情况定期更换滤芯，不但能有效除去杂质，而且除油效果极佳，可确保液氨储罐无杂物。

3.4定期对液氨储罐、蒸发器、缓冲罐等设备进行排污或内部清理，防止杂物沉积。清理时因杂质中含有少量氨气，即使用水浸泡24h仍无法彻底将其排除，影响工作人员人身安全，建议选用水力直冲洗。

4效果评价

氨区自实施以上措施后，运行至今氨区供氨管路为发生过堵塞现象，也未发生过供氨压力下降、氨气不满足脱硝系统运行而导致氮氧化物排放量超标的现象，有效解决了液氨管道堵塞的问题，完全保证了厂区脱硝系统的安全稳定运行，为全厂四台机组烟气环保排放提供了有力的保障。

5结束语

近年来，随着我国产业结构由粗放型向集约型的转变和能源消费结构的优化调整，能源消耗排放NOx不断增加的趋势有所缓解，但是，随着天气变化、大气污染愈发恶劣的形势下，通过清洁生产的管理、实现可持续发展是我们不可推卸的重任。从近两年来液氨区的管理实践中，针对发生的频繁堵塞问题，液氨系统设计单位并没有给出合理的分析，国内外文献也未检索到有关报道，通过自我分析、自我探索有效的解决了该问题。我们深深体会到，液氨区能够连续、可靠运行时保障脱硝系统正常投运的首要条件。今后，我们还将继续努力做好脱硝设备的管理工作，加强现场点检及分析工作，发现问题，及时应对并不断总结，已确保脱硝系统安全经济的运行、为国家的环保事业贡献一份力量。

参考文献：

[1]翁俊震，毛荣军，王钢.输氨管道堵塞原因分析及处理.清洗世界，2014（3）-0042-04.