超低排放改造中优化氨区的技术措施

段 宁，吕 苗

(山西漳泽电力股份有限公司侯马热电分公司，山西 侯马 043008)

0 引言

某公司2×300 MW燃煤供热空冷凝气式机组，项目于2008年6月获批，2008年11月脱硝系统氨区合同签定，2009年3月取得环评批复，2010年9月浇筑第1罐砼；但在开工建设不久后，该机组因火电市场不景气而被迫转入缓建。2013年3月该项目全面复工，2014年11月投产。自机组运行以来，按2008年签订的合同建设的氨区，从容量、氨区的设备、阀门及系统已不能满足日益严格的大气污染物排放标准要求。

1 机组SCR脱硝系统概况

该项目的大气污染防治设施，包括脱硝系统合同条款，是在2008年11月遵照GB 13223—2003《火电厂大气污染排放标准》规定的限值所签订的；而机组在2014年11月投产时，执行的标准已提高到GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》。为此，在建设期间，由上海电气石川岛电站环保工程有限公司对脱硝系统污染防治措施进行了相应优化。具体措施为：采用选择性催化还原法(SCR)工艺，在空预器前高尘区布置脱硝系统，不设置旁路，单元式配置；每台锅炉配备1套脱硝装置(2台SCR反应器)，还原剂是液氨，保证脱硝效率达到80 %，NOX排放浓度控制在100 mg/Nm3以下。2016年2月，该项目通过山西省环保厅竣工环境保护验收。

按照《山西省人民政府办公厅关于进一步加快推进全省燃煤发电机组超低排放改造工作的通知》（晋政办发[2015]15号）的要求，该公司于2016年8，11月分别完成2台机组烟气超低排放改造，且都通过了省环保厅超低排放验收。大气污染物排放污染物执行《山西省人民政府办公厅关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》中第Ⅰ类超低排放标准限值(SO2浓度不大于35 mg/Nm3，NOX浓度不大于50 mg/Nm3，烟尘排放浓度不大于35 mg/Nm3)。

本次机组对脱硝系统氨区进行了增容优化，增加氨汽化罐的容量，更换原来的碳钢氨阀为不锈钢氨专用阀门，增加蒸汽管路，以实现全年NOX减排332.76 t的目标，达到超低排放改造的环保要求。

2 氨区运行中出现的问题

氨区系统由于设计和设备制造先天不足(因为本工程合同签定时间为2008年11月，脱硝效率不大于65 %)，在投产2年中氨区的容量不足、汽化器振动大、系统不能可靠隔离等问题和隐患逐渐凸显出来，直接影响现场安全运行和正常维护，更难满足日益严格的大气排放标准要求，急需进行设计完善和设备系统整改，提高机组烟气脱硝效果，抵御环境风险，避免发生严重的环保事件。氨区运行中暴露的问题及存在隐患有以下4个方面。

(1) 气化罐设计容量不足，换热量不够。机组双机运行期间，曾发生因脱硝喷氨量瞬间增大而导致气化罐温度降低，引起联锁保护动作、关闭液氨阀的情况。双机运行，需2台气化罐同时工作，缓冲罐压力在低限(0.2 MPa)附近，2台气化罐同时运行存在较大风险，若关闭液氨阀，将导致脱硝系统运行不稳定，排放数据超标。

(2) 混合式液氨汽化器振动大，产生应力导致金属疲劳裂开。A气化罐3次漏水，B汽化罐2次漏水，均是罐体换热蒸汽加热罐体振动，在底部排污门处产生应力，导致金属疲劳裂开。2015-12-24，A气化罐罐体底部排污管20 mm处钢板有1道裂缝，检修人员将底部排污口封堵，在罐体侧面开口排污。

(3) 气化罐与氨气缓冲罐氨区为母管制配置，运行中无法隔离。只有1个氨气缓冲罐(体积2.3 m3），2个气化罐出口并入母管进入唯一缓冲罐，系统出现缺陷时，机组运行状态下无法检修，否则存在停止供氨的隐患。此外，部分阀门内漏，因设备无法完全隔离，也需双机停运后更换阀门。

(4) 氨区无专用蒸汽管线，辅汽来汽管道同时供液氧站等系统使用。若共用供汽管道发生故障将影响氨区系统液氨气化，进而影响脱硝效率。

3 问题解决方案

为了有效解决脱硝系统氨区存在的汽化器振动大、系统不能可靠隔离等问题，该公司相关技术人员经过调研、论证，与设计方、厂家多方探索种种问题的深层次原因，结合该公司超低排放改造的要求，制定出相应技术改进方案。

3.1 增加氨缓冲罐，改为单元制配置

增加1套氨缓冲罐，将母管式液氨气化系统改为单元制，1个气化罐对应1台缓冲罐，便于系统可靠隔离，及时消缺，提高供氨系统的稳定性，实现了“一用一备”的运行要求。

3.2 采用表面加热式氨气化器

原混合式气化器设备在运行中振动强烈，易造成泄漏，安全性较差。更换为表面加热式氨气化器后，液氨从浸没在水中的不锈钢盘管内通过，吸收温水的热量后气化并过热，再经过设备本身的气液分离器后将气氨调压至所需压力，进入氨缓冲罐，然后送出气化站供后续工序使用。这样大大减少振动，提高了系统运行稳定性和安全性。

3.3 增加氨气化罐的容量

在2台液氨气化器液氨进口管上安装调节门，利用氨缓冲罐压力变化调节液氨的流量，可减少蒸汽的启动次数，减小振动，防止振断液氨管道及系统相关管道，提高氨气化罐的运行稳定性。

超低排放改造后，由于脱硝系统启用了备用层，脱硝效率从65 %提高到85 %，原氨气化器气化量设计为每台300 kg/h，单台气化罐的供气量不能满足超低排放改造成双机运行的需要，只能启动2台气化罐运行。这样就可能存在安全隐患。

避免发生单气化罐供氨不足双机运行的情况，本次改造设计方案中汽化罐的实际容量应有约1/3的富裕量，将气化罐容量提高为每台650 kg/h，以满足超低排放改造后双机同时运行需要。

3.4 增加专用蒸汽管道

针对原有的氨区、液氧站共用蒸汽管道发生故障时，直接影响氨区系统液氨气化等缺陷，就近增加1路蒸汽管道，避免单路阀门泄漏致使供汽中断，引起供氨系统波动，氨气供应中断。同时，增加蒸汽旁路过滤装置，便于定期清理过滤器，防止蒸汽量不足而影响供氨量，以确保双机运行期间氨区设备的安全稳定运行。

3.5 涉氨阀门更换为不锈钢专用阀门

(1) 严格按照最新国标GB/T 34339-2017《燃煤烟气脱硝喷氨混合系统》(征求意见稿)的氨用阀门技术要求进行更换，核实生产企业所持有的有效营业执照、氨用阀专业制造资质、ISO 9001:2008质量管理体系认证、特种设备制造许可证等。

(2) 氨用氨区阀门须更换为不锈钢阀门，选用主体304不锈钢固溶暗杆免维护316不锈钢双层波纹管氨专用截止阀AWJ41F-25P或AWJ41F-40P，304不锈钢固溶波纹管安全阀AWA42F-25P或AWA42F-40P。液氨罐一、二次门及隔离门等，必须选用符合国标要求的高等级不锈钢氨专用阀门。阀门所有零部件不允许使用铜材料。

(3) 氨用氨区阀门的结构、材质、厚度、密封方式等符合GB/T 6478—2015《冷镦和冷挤压用钢》、GB/T 12235—2007《石油、石化及相关工业用钢制截止阀和升降式止回阀》、GB/T 12224—2005《钢制阀门一般要求》等相关标准要求。

4 方案实施效果

SCR脱硝系统氨区优化改造方案已于2016年11月实施完毕。该公司脱硝系统氨区采取上述优化改造，并将氨区增加设备的控制纳入原氨区PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统，经半年运行，效果良好。

(1) 氨区设备运行的安全性得到全面提高，有效地控制了氨区液氨泄漏的环保风险，减少了因氨区设备故障而停机的风险。

(2) 优化后的氨气化、氨供应系统容量满足双机运行需要，保证脱硝出口NOx小于40 mg/Nm3，保温表面温度不大于50 ℃，符合安全与超低排放要求。

(3) 发生故障时，可以与系统可靠隔离进行检修，为脱硝系统的正常运行及机组超低排放环保竣工验收提供了有力的保障。

参考文献：

1 唐崇杰，孙媛媛.SCR脱硝系统中液氨环境风险性评价[J].环境科学与管理，2011，36(8)：192-194.

2 周亚军.浅谈发电厂SCR脱硝氨区的安全运行管理措施[J].内蒙古电力技术，2008，26(2)：58-60.

3 陈建维.火电厂SCR脱硝系统氨区安全风险评估与防范[J].电力安全技术，2013，15(9)：8-10.

4 全国钢标准化技术委员会.GB/T 6478—2015冷镦和冷挤压用钢[S].北京：中国标准出版社，2015.

5 全国阀门标准化技术委员会.GB/T 12235—2007石油、石化及相关工业用钢制截止阀和升降式止回阀[S].北京：中国标准出版社，2007.

6 全国阀门标准化委员会.GB/T 12224—2005钢制阀门一般要求[S].北京：中国标准出版社，2005.

7 中国国家标准化管理委员会.GB/T 34339—2017燃煤烟气脱硝喷氨混合系统(征求意见稿)[S].北京：中国标准出版社，2017.