SCR氨气压力调节阀设计参数确定

来源:真空技术网(www.chvacuum.com) 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 作者:李小勤

  根据氨气(NH3)特性和SCR脱硝运行需要,提出了氨气压力调节阀设计参数的确定原则,可避免供氨管线出现氨气液化,提高调节精度,确保SCR脱硝系统运行可靠性,对压力调节阀的合理设计和正确选型提供了参考。

一、前言

  采用液氨(NH3)制备SCR脱硝还原剂氨气时,液氨经蒸发器加热汽化为气态氨后通过厂区管道输送到SCR脱硝区域,氨气在输送过程中如遇到过低的环境温度将会发生液化而无法正常供氨,将影响SCR脱硝运行。

  为防止氨气液化,在蒸发器氨气出口管线上需增设一只压力调节阀,通过压力调节阀将氨气压力调节到一个较低的恒定值,使氨气在此恒定压力下的冷凝温度始终低于环境温度,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可避免氨气在输送过程中出现液化现象。

  氨气压力调节阀一般选用自力式压力调节阀,即无需外力,利用氨气自身能量为动力源以控制阀芯位置,改善阀门进、出口两端的压差和流量,使阀后压力稳定。自力式压力调节阀的选型主要与介质、压力、温度和流量有关,根据氨的物理特性,其压力受温度的影响很大,温度越高,压力越高,气液两相饱和状态下氨的压力和温度的关系见下表。压力调节阀一般安装在室外,在寒冷地区安装在室内,其工作温度因工作环境不同而差异较大,如压力调节阀选型参数不合理,其进出口压差过大,则阀后压力将无法控制到设定值,阀后管道中的氨气在环境温度过低时将发生液化。

压力与温度对应数据

压力与温度对应数据

注:1bar=105Pa,下同。

二、温度和压力参数的确定

  液氨进入蒸发器内被加热后通过释放潜热汽化为气态氨,氨气经压力调节阀减压后通过厂区管道输送至SCR喷氨装置。蒸发器出口的氨气温度理论上与加热前的液氨温度一致(接近环境温度),考虑氨气在蒸发器内短暂停留会使温度略有升高,蒸发器氨气出口的实际温度略高于液氨温度,即压力调节阀工作温度略高于环境温度,具体数值除与环境温度有关外,还受蒸发器结构设计、热煤控制温度等因素的影响,一般不超过50℃。

  SCR停运时,蒸发器出口氨气管线上的控制阀门关闭,压力调节阀停止工作,此时蒸发器内滞留氨气的温度将会快速上升(一般高出液氨温度20~30℃,最高温度不超过60℃),引起内部压力升高,过高的压力可以通过液氨入口管道上的旁路止回阀回流至液氨管道,以释放蒸发器的内压力,避免安全阀动作。这种情况下,蒸发器内部压力的升高对压力调节阀没有影响,蒸发器内部出现的最高压力不能作为压力调节阀选型设计压力。否则,压力调节阀的选型压差过大,实际运行时调节精度下降,甚至超出调节范围,无法确保出口设定压力。

  因此,自力式压力调节阀的设计温度可根据其工作的环境温度,按最高工作温度、最小工作温度合理确定,进口工作压力则按相应环境温度下的气液两相饱和压力确定。

三、出口压力的确定

  氨气压力调节阀的出口压力以正常运行时氨气不冷凝,且出口压力足以克服管道阻力为原则。对大多数电厂来说,氨气压力调节阀的出口压力按1bar设计即可满足要求,此时氨气压力足以克服管道阻力,且环境温度高于-19℃均不会出现氨气液化。

  对于极寒冷地区的电厂,如新疆、内蒙古、黑龙江等,氨区一般考虑室内布置,1bar的氨气压力足够安全,但位于室外布置的厂区氨气输送管道需进行保温设计,必要时还需考虑伴热,以确保供氨管道中的氨气温度高于其冷凝温度,避免液化。对非极寒冷地区的电厂,如环境温度始终高于-19℃,则出口压力按1bar设定的自力式氨气压力调节阀可满足室外安装要求,厂区氨气管道也不需要保温和伴热。

  对于较温暖的南方地区电厂,如广东、福建等,如环境温度始终高于-9℃,则压力调节阀的出口设计压力可以适当提高到2bar。但需要特别说明的是,有些工程由于气象数据资料不全,或者数据不准确(很早的气象统计数据),且城市建设和工业化的快速发展导致环境污染和气候恶化,近几年南北部分地区气温出现反差或极端现象。因此,如没有特殊要求,建议自力式压力调节阀的出口压力仍按1bar设计,避免极端气候条件下出现极端温度使氨气发生液化的可能。

四、结语

  氨气自力式压力调节阀进口的设计压力和设计温度应根据电厂所在地理位置的环境温度以及安装位置(室内或室外)合理确定。压力调节阀出口压力的设定,应确保在气氨输送过程中不发生液化,并能连续稳定供氨,满足SCR脱硝正常运行需要。

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