液氨应急排放方法研究及液氨排放消纳装置研制荣获2016年度电力行业技术市场金桥一等奖

一、成果概述

本报告针对火电厂脱硝系统氨区液氨储罐故障泄露后，液氨“向哪里排、怎么排、能否安全快速地排”非常棘手的难题，通过山东区域内所属电厂氨区安全工作的多次演练，氨区液氨储罐的故障处理已成为亟待解决的关键性问题。华电章丘发电有限公司在华电国际山东分公司的具体指导下，为了解决目前脱硝系统氨区安全与环境的隐患，自2013年初开始与华电国际山东分公司环保处共同对 “液氨应急排放方法研究及液氨排放消纳装置研制”的课题进行相关工作，经过一年多来的前期调研、现场勘探及多项工艺的实验比对，确定了一种脱硝系统氨区液氨快速消纳新工艺，并且与相关协助单位合作，制作出了一种故障液氨储罐快速处置液氨的安全装置。2014年初在充分利用脱硝系统氨区现有设备的基础上，制定了具体的工艺设计技术方案。于2014年9月，完成整个安装调试工作，经过多次现场试验证明，该系统能够在氨区液氨储罐发生泄露时，快速将事故液氨储罐的剩余液氨及时处置和消除隐患，避免因氨区液氨泄露对环境造成污染及社会影响事件的发生。2015年1月由华电国际组织专家通过项目验收。

二、成果研究内容与实施效果

针对火电厂脱硝系统氨区目前还没有液氨罐泄漏后较为理想的液氨安全排放方法和消纳装置，液氨“向哪里排、怎么排、能否安全快速地排”非常棘手的难题。虽然脱硝系统氨区的液氨设计储存量已构成重大危险源，但尚未被绝大多数电厂广泛重视和采取可行有效的防范措施规避环境风险，因此对液氨安全排放方法和快速消纳装置的研究是十分必要的。

鉴于液氨安全快速排放的要求，对四种排放方法的选择进行了认真分析，根据利弊分析与可行有效地排放点确定研究的方法：一是对液氨泄露点利用喷水覆盖的方法，直接向大气排放。显然在故障处置过程中易造成资源浪费过大、处理周期过长并且难以避免对环境造成的污染和影响；二是往烟道排，直接通过烟囱对空排放。其弊端是泄露氨气全部收集困难，处置过程中周期过长并且对周边的环境影响依然无法消除；三是用大量冷却水对泄露点进行冲洗，直接排入蓄水池。该方法的冲洗过程泄露液氨无法被冷却水完全吸收，加之处置过程中周期过长并且液氨的挥发与扩散对环境的影响显而易见；四是借鉴化工行业液氨制备氨水方法，研究几种快速制备氨水的集成工艺，最终确定一种能够快速吸收液氨的装置，达到故障液氨安全快速排放的目的。

具体完成了以下研究内容：

1、研究出一种火电厂氨区液氨应急排放方法。包括相关理论、反应原理、过程数据计算、实验验证方案和操作措施设计等内容。

2、研制出一种能够快速消纳液氨的安全装置。通过实验模型验证后，按照1:1比例设计制造投入使用。当液氨储罐因本体、管道或阀门、仪表等连接控制装置发生泄露时，能够快速将故障液氨储罐与脱硝系统隔离，并将剩余液氨快速稀释成低温氨水排放。

3、避免由一般的液氨泄漏故障，因危险解除不及时而演变为对人身伤害事故，对环境严重的危害，对社会造成不良影响事件的发生。

三、成果主要创新点与技术措施

1、新工艺集成设计，可快速消纳液氨，设备占地面积小：

传统的液氨吸收制备氨水工艺时间长，需要多个容积较大的氨水储槽；还要考虑较大的冷却供水系统、冷却排管和配置液氨蒸发器与吸收塔、氨水制备泵，占地面积大、投资也大；

该系统采用新型液氨消纳装置，不需要多次循环能够一次性吸收液氨稀释为低温低浓度氨水，一般故障液氨储罐只需3～5小时即可快速消纳，液氨消纳装置占地面积约2.5m²，适应性极强。

2、工艺布置合理，节省循环水量，配套投资少：

传统工艺由于冷却手段不理想，制备浓度小于25%的氨水，一般冷却水温需要5～10个循环。由于氨水温度高，氨的平衡分压高，冷却跟不上则未溶解的过量氨会通过尾气管逃逸。   

该系统采用新型液氨消纳装置，新工艺氨水不需要循环制备，吸收液氨生成的氨水温度无特殊要求，且冷却水消耗量只需传统生产工艺的1/5～1/8，相同时间内消纳同等数量的液氨稀释成氨水，新工艺的系统各管道与阀门的流通面积只需传统工艺的1/6，加上现有一个400m³蓄水池可替代氨水成品贮槽，相对传统工艺大大节省的设备、阀门、管道、泵房及设备基础等的投资。    

3、不受气温的影响，可随机投用：

    传统工艺在高温季节消纳时间较长，是低温季节的两倍以上。全系统腐蚀、磨损、气蚀等现象严重。

该系统采用新型液氨消纳装置，即使在夏天高温季节也能照样进行消纳液氨生成氨水，不受气温影响。转换流程短、吸收条件温和，全系统不锈钢无污染可能，只需要配备辅助管道、阀门与液氨储罐等设备连接即可。

4、维护保养方便，不会形成二次污染：

 传统工艺需要有两个氨水贮槽、氨水制备泵亦需要相互隔断，阀门可靠性要求高，氨水制备泵运行中极易泄漏维修量大。液氨直接加在排管进口对排管的气蚀相当严重，更换也较频繁，且污染环境。

该系统采用新型液氨消纳装置，以上这些问题均不存在。液氨消纳装置不需要保养，使用寿命可保五年以上，为数极少的几个阀门出问题可随机更换，不需要双阀备用，氨系统的动、静密封点大大减少，加上封闭运行与尾气净化、环境无氨气及水汽弥漫的现象得到消除，液氨消纳现场完全看不到液氨稀释氨水的特征。

新工艺使用厂内化学除盐水、循环冷却水或消防水水源均可达到一次性吸收氨气的条件，不存在加药处理及浓缩倍率等管理问题，更不会腐蚀与堵塞设备。

 另外，故障液氨储罐消纳后，稀释的氨水是可直接被农田作物吸收的氮素肥料，蓄水池的氨水可用于农户农田的庄稼施肥，废物利用避免形成二次污染。

四、下一步工作安排及措施

脱硝系统氨区的液氨设计储存量多已构成重大危险源，事故泄露情况下易造成人员伤亡和严重的环境危害问题，目前尚未被绝大多数电厂广泛重视和采取可行的防范措施规避环境风险。液氨消纳安全装置在章丘公司的成功应用后，将会为火电厂的脱硝系统氨区增添科学有效的应急安全处置方法和手段，降低事故发生和扩大的可能。2014年9月系统投入试运行并通过现场实验，达到预期性能指标技术要求，2015年1月通过华电国际组织的专家组验收。本研究成果可在华电集团所属的各火力发电厂推广应用，成熟后可在全国所有的火电厂脱硝系统氨区推广应用，具有很大的推广应用价值。

五、成果推广的意见和建议

脱硝系统氨区加装液氨快速消纳安全装置，需要结合各厂结合自身实际情况，在施工环境和安全措施方面提供密切配合。

该装置虽然体积小，应该根据氨区现场实际情况，从有利于故障液氨储罐、吸收水和冷却水接入、低温氨水排放、方便操作控制等方面统筹考虑，确定安装位置和管道走向。

各电厂应做好加装该装置的预案，提供脱硝系统氨区现有主要设备控制参数、相应安全规程和技术要求，以便于付诸实施。