1000MW机组脱硝氨区液氨管道结冰分析处理

神华福能发电有限责任公 福建 泉州 362712

引言

我国目前只需的火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011对NOX排放浓度做出了明确要求,NOX排放浓度不得大于100Nm3。

神福鸿电#3、#4机组的烟气脱硝采用选择性催化还原法(SCR)工艺,是一种干法脱硝工艺。自2015年投入商业运营后,经常出现液氨蒸发槽入口管道结冰现象,仅2016年上半年发生结冰55次,严重影响设备安全,及环保指标超限。为了查明液氨蒸发槽结冰的原因,现场对阀门、管道、工况进行了多次排查,分析研究和试验验证,最终找到了结冰的主要原因和预防改进措施,并取得较好成效。

1 液氨蒸发槽结冰现象及原因分析

1.1 结冰现象描述 随着环境温度的升高,脱硝氨区液氨蒸发槽入口管道结冰频次增加,结冰时间集中在上午08:30-11:30机组快速升负荷阶段,蒸发槽工作压力在0.25MPa-0.32MPa最易出现结冰现象,结冰位置均出现在蒸发槽入口调阀后管道上。

1.2 结冰原理分析 液氨蒸发槽入口管道结冰,最初分析液氨含水量超标导致,通过化验班取样分析化验结果表明液氨品质合格,因此判断,此结冰现象并非液氨含水量超标所致。那为什么结冰位置偏偏出现在入口调阀后管道呢?要想弄清楚这个问题,我们首先得了解流体力学中“焦汤节流膨胀原理”。

焦汤节流膨胀原理——高压流体经过小孔或者阀门受一定阻碍后向低压膨胀的过程称为节流膨胀。绝热条件下,气体由稳定的高压一侧经过多孔塞流到稳定的低压一侧的过程。节流膨胀可能会导致制冷或制热效应。

1852年,焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验,使温度为T1的气体在一个绝热的圆筒中由给定的高压p1经过多孔塞(如棉花、软木塞等)缓慢地向低压p2膨胀。多孔塞两边的压差维持恒定。膨胀达稳态后,测量膨胀后气体的温度T2。他们发现,在通常的温度T1下,许多气体(氢和氦除外)经节流膨胀后都变冷(T2

1.3 液氨蒸发槽入口调节门后管道结冰原因 当液氨储罐向液氨蒸发槽输送介质液氨的过程中,流经液氨蒸发槽进氨调节门时产生节流,当液氨接近调门孔口,截面积急剧缩小,流速急剧增大,压力瞬间变大;而经过调门后,截面积又迅速扩大,流速降低,压力同时瞬间变小,忽略摩擦等能量损失不计,因此,液氨流经调节阀后瞬间减压蒸发,汽化吸热,使调节阀后管道温度骤降,导致管道外环境中的空气结露并凝结成冰,这就是流体力学中的膨胀现象。因此,液氨蒸发槽进氨调节门后管道段结冰,调节阀之前到气动关断门的管道是不会结冰的。理论上,液氨流经调阀的瞬间,门后管道中的流动介质已不再是单纯的液氨了,而是液氨与少量气氨的氨气混合物。而管道外的温度要比管道内的液氨温度高出很多,所以,节流膨胀过程中的吸热量基本都是来自管道外部的空气,再加之入夏以来我公司机组增加负荷大多集中在上午气温较高时段,这也恰好印证了上面所提到的调查结论,所以,氨区进氨管道频繁结冰也就可以理解了。

同时,如果购买的液氨质量不好,含有杂质,在管道输送过程中可能会产生以下氧化物等杂物,长时间沉寂下来会导致管道后阀门堵塞,加速节流膨胀,就更容易结冰了。

2 控制措施

2.1 确保液氨品质 严格审查液氨品质,确认液氨品质合格后再开展卸氨工作。

2.2 定期对液氨管道进行吹扫维护 制订定期工作制度,对供氨管道进行定期吹扫维护,清除管道内壁、阀门阀芯处积累的杂质。

2.3 取消脱销氨区蒸发槽入口调阀,将调阀安装在蒸发槽出口管道优点:可彻底消除介质流经液氨蒸发槽进氨调节门时产生的节流膨胀从而避免结冰。

缺点:技改资金投入大,技改时需进行单台氨蒸发槽隔离,检修期间单台蒸发槽运行,风险增加,技改需动火工作增加氨区风险隐患。

2.4 在不影响供氨的前提下,加大调节阀后管道直径,缓解节流膨胀影响 优点:增加液氨调节阀后缓存空间,缓解节流胀差从而降低管道结冰的可能。

缺点:技改时需进行单台氨蒸发槽隔离,检修期间单台蒸发槽运行存在较大风险,技改需动火工作增加氨区风险隐患。

2.5 提高脱销氨区蒸发槽出口压力 优点:在机组增加喷氨量时,氨气缓冲罐缓存压力充足避免气压骤降,从而降低液氨通过调阀后的节流膨胀。

缺点:如不按照设备规范盲目提高氨区蒸发槽运行压力,有较大安全隐患。

3 控制成效

3.1 提高蒸发槽工作压力成效说明 2016年6月20日3号机启动,后投入脱硝系统,半日内氨区液氨蒸发槽入口管道即结冰多次,经与专业沟通将液氨蒸发槽工作压力由0.42MPa提高至0.48MPa投入调阀自动,经过观察#3、#4号机多次大范围升负荷增大喷氨量,液氨蒸发槽出口压力在一定幅度降低后,压力即可回升至设定压力,氨区液氨蒸发槽入口管道未出现结冰现象。通过二十天的观察得到论证,合理提高液氨蒸发槽工作压力可有效解决氨区液氨管道结冰问题。

3.2 脱销氨区蒸发槽入口调阀技术改造说明 神福鸿电,2016年08月、12月分两次对脱硝氨区A/B液氨蒸发槽入口调阀技术改造,改造主要内容,取消液氨蒸发槽入口调阀,增加液氨蒸发槽出口调阀,改造目的旨在消除液氨蒸发槽入口调阀对液氨节流的影响,避免节流膨胀的发生。通过对调阀的技术改造,神福鸿电自改造后至今未发生氨区液氨管道结冰现象。

4 结论

通过分析实践得出结论,影响脱硝氨区液氨管道结冰的主要因素是,液氨储罐向液氨蒸发槽输送介质液氨的过程中,流经液氨蒸发槽进氨调节门时产生节流膨胀,液氨流经调节阀后瞬间减压蒸发,汽化吸热,使调节阀后管道温度骤降,导致管道外环境中的空气结露并凝结成冰。根据结冰现象及原因分析制定有效控制措施:通过提高液氨蒸发槽工作压力及取消液氨蒸发槽入口调阀消除节流膨胀影响均可彻底解决脱硝氨区液氨管道结冰问题。