350MW机组SCR脱硝系统氨气管道堵塞、泄露原因分析及解决

350MW机组 SCR脱硝系统氨气管道堵塞、泄露原因分析及解决

李鹏

大唐陕西发电有限公司延安热电厂 陕西省 延安市 716004

摘要：

某350MW机组脱硝系统采用尿素作为还原剂的选择性催化还原法，主要工艺为尿素水解，原理为将尿素与除盐水进行溶解后通过水解器变为氨气，然后氨气与热一次风混合稀释后通过喷氨格栅进入脱销装置，脱销装置中布置有催化剂，在高温烟气中NH₃与烟气中的NOx结合在催化剂的作用下反应生成N₂和H₂O。2018年机组投产以来频繁发生锅炉侧脱硝系统供氨管线泄漏、堵塞的问题。通过组织专题会以及对泄露管道进行检查，初步分析并结合管道内杂质，认为采用304不锈钢做为供氨管道是运行管道内发生腐蚀产生泄露的主要原因，而备用管线隔离门密封不严、管道温度低是堵塞的主要原因，通过更换氨管道材质（316L）、更换尿素专用钢阀门以及对供氨管道加强保温解决了异常，保证了脱硝的可靠运行，相关经验可为同类型异常借鉴。

关键词：尿素水解；泄露；堵塞；腐蚀；氧化物；316L。

1. 设备及项目概述

1.1 机组概述

大唐陕西发电有限公司延安热电厂2*350MW火电机组是我国首家红色电厂，前身是筹建于1954年的延安发电厂。建厂65年来为延安区域经济发展和民生事业作出卓越贡献。2018年7月8日，原址兴建的2台35万千瓦超临界燃煤空冷供热机组实现双投，同年11月1日，完成落差高达225米的目前国内运行高度落差最大的延安市供热工程，实现延安人民期盼已久的绿色能源梦想。

锅炉由哈尔滨锅炉有限责任公司制造HG-1125/25.4-YM1 型锅炉，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、紧身封闭、单辅机、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉。采用三分仓回转式空气预热器，等离子点火及助燃系统，前后墙对冲燃烧，在锅炉前、后墙最下层各配置一层等离子。每台锅炉配备5台上重厂生产的HP883磨煤机，A、B磨煤机对应的燃烧器装有等离子点火装置，脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR），主要工艺为尿素水解技术。

1.2 SCR脱硝系统介绍

大唐陕西发电有限公司延安热电厂脱硝系统采取选择性催化还原（SCR）法去除烟气中 NOx。还原剂采用尿素，全厂2台锅炉的脱硝系统共用一个还原剂储存与供应系统。运送至现场的袋装颗粒尿素储存在尿素储存间，经斗式提升机送入尿素溶解罐，并在尿素溶解罐中与按比例补充的新鲜除盐水中充分溶解，配制成质量百分比浓度为40%～60%浓度的尿素溶液。溶解罐中除盐水通过蒸汽加热维持在60℃左右，溶解罐设置有搅拌器。溶解罐中的尿素溶液通过循环泵送入尿素溶液储罐中供脱硝使用。循环泵还可以循环溶解罐与储存罐中的尿素溶液，加速溶解，防止尿素析出。尿素溶液经由供料泵输送至水解反应器发生分解，生成NH₃、H₂O和CO₂，水解产物经过流量计量与调节装置后，与热风混合均匀并喷入脱硝系统。在SCR入口烟道处，喷射出的氨气和来自锅炉省煤器出口的烟气混合后进入SCR反应器，SCR反应器采用高灰段布置方式（即反应器布置在锅炉省煤器与空气预热器之间），通过催化剂进行脱硝反应，最终从出口烟道至锅炉空预器，达到脱硝目的。

2．脱硝系统氨气管线泄露、堵塞分析及解决

脱硝系统运行中，遇到了一些较为重大的难点问题，大唐延安热电厂组织专业技术人员通过召开专题会、外出调研、查阅资料、尿素送检等大量工作，确定了改造方案，保证了脱硝系统的稳定达标运行。

2.1 异常过程及现象

开始由于单条氨气管线，导致水解器或氨气管道出现故障时无法处理，随后进行了第一次改造，改造方案为加装备用氨气管线。从2019年冬季开始1、2号炉多次出现备用氨气管线堵塞，失去备用效果，另外出现两次母管处泄漏，导致小时均值超标。

2.2 电厂初步分析

1） 堵塞

发生堵塞后，利用停备检修机会对氨气管线进行排查，发现从供氨管道和阀门中取出黑色粉末杂物。取出的杂质颜色有黑色和土黄色两种，除杂质的干湿度有不同之外，外观基本一致，均成粉末或结块形状，结块可碾碎，均有明显臭味和氨气刺激味，分析为尿素中杂质的结晶体。

2）泄漏

利用停备检修机会，对发生泄漏的管段进行更换，在切除的旧的管道内壁发现大量麻炕，明显泄漏原因为腐蚀导致。

3.氨管道内产生异物的原因分析

大唐延安热电厂脱硝系统发现氨气管道堵塞的异常后，在对尿素成分进行分析的同时也对已经投产脱硝系统的兄弟单位进行了咨询和调研，对可能的原因进行了分析排查，采取了有针对性的改造，具体如下。

3.1 管道安装遗留物问题

脱硝系统管道在安装投运前进过吹扫和氨气置换，有粉末状残留物存留的可能不大，基本可以排除遗留物的问题。

3.2 管道材质的影响

大唐延安热电厂投产时的氨气管线采用304不锈钢管道，而第一次改造用316L不锈钢管道，通过对304不锈钢管道和316L不锈钢管道内壁腐蚀情况对比，304不锈钢管道和氨气发生腐蚀形成氧化物的可能性较大，同时考虑到304不锈钢的耐腐蚀性不强，为防止氨气管道因酸腐蚀尤其是焊口等高应力部位因腐蚀而发生泄漏，利用机组检修机会对304不锈钢管道进行更换，更换为耐腐蚀的316L不锈钢管道。

3.3 环境温度的影响

通过对发生大唐延安热电厂前期氨气管道故障进行统计分析，氨气管道堵塞时间段几乎均发生在冬季。同时，氨气管道布置在炉外管架上，平台处风力较大，环境温度较低，供氨管道外壁结露严重有可能造成氨气密度增大流速相对降低，如果氨气管道中有一定的粉末状杂质，对其携带能力下降，极易在阀门阀芯等节流明显的部位形成沉积，最终导致堵塞，出现供氨压力、流量下降的异常。

3.4 阀门可靠性差

通过对发生大唐延安热电厂前期氨气管道故障进行统计分析，备用氨气管线失去备用主要是由于1、2管线隔离门不严，导致备用管线内存有大量氨气，另外备用氨气流速低，所以极易发生结晶，导致备用管线堵塞。

4.采取的改造方案

4.1更换原氨气管道材质，将目前使用的304不锈钢更换为316L尿素专用钢，以杜绝管道腐蚀泄漏。

4.2提高氨气系统阀门的质量，使用材质为316L尿素专用钢、优质品牌厂家的阀门，以保证管线阀门严密性，防止备用氨气管线因阀门内漏氨气结晶造成堵塞而失去备用。

4.3更换管道时，氨气母管至1、2号炉手动门在满足管道安装工艺要求的条件下尽量靠近母管，至炉侧的1、2号氨气管线切换手动门同样尽量靠近母管，避免备用氨气管线结晶风险。

4.4现氨气管道的蒸汽吹扫管道为垂直向上安装，且蒸汽吹扫阀门距离氨气管道距离较远，已发生多次蒸汽吹扫管道结晶问题。因此本次改造时将所有的蒸汽吹扫管道改为垂直向下，并将蒸汽吹扫阀门位置在满足安装工艺要求的前提下尽可能靠近氨气管道。

4.5在锅炉侧1、2号氨气管线切换手动门前各加装排空阀，在氨气管线切换后对停运氨气管道吹扫和备用管道结晶后吹扫使用；

4.6给所有氨气管线加装电伴热（保留原蒸汽伴热），保证氨气至锅炉的各支管备用时不会因管道温度低而造成结晶堵塞。

4.7目前因氨气管道阀门内漏导致备用氨气管道无法隔离，因此改造工作需利用1、2号炉机组停运进行。

5.结论

燃煤发电机组采用烟气脱硝除氮技术是降低氮氧化物排放的主要技术手段，而为了减少火电机组重大危险源开发的水解工艺，更属于近几年接触的新型技术，成功运行的经验积累不足。大唐延安热电厂依托科研组织，组织技术力量通过专题分析、技术调研、实际试验等多种手段成功解决了脱硝运行中遇到的难题，保证了烟气脱硝系统的正常稳定运行，为尿素水解工艺的应用做出了贡献。

参考文献：

[1]化工机械腐蚀及防腐.pdf

[2]环境工程实用技术读本--工业脱硫脱硝技术