摘要：本文立足于北疆电厂4×1000MW发电机组配备的一级重大危险源——液氨储存及直流式制氨系统的生产运行实际，介绍了该系统膜态瞬间蒸发的技术先进性，对SCR脱硝系统核心设备分析出了其优势以及须注意的环节，通过调整及优化运行方式总结出了可靠、经济、安全的运行方式和指导理念。并对今后环保安全、该技术的拓展及一级重大危险源的管理提出了建议。
关键词：一级重大危险源，直流式，膜态瞬间蒸发，环保安全
引言
历来SCR (氨选择性还原法)脱硝工艺发展较快，在国内国际是目前主流的脱硝工艺，在工业领域尤其是火力发电厂被广泛使用。脱硝的主体设施——氨区又被列为一级重大危险源，其核心设施，即液氨蒸发系统，均采用表面式换热，以蒸汽或热水为热源与液氨表面式换热，液氨气化，经稳压后向机组SCR脱硝反应器供氨。液氨气化制氨技术流派众多，本文拣主流技术进行阐述。
一、直流式制氨系统原理介绍
目前，蒸汽表面式换热液氨蒸发器（简称蒸发器）造型灵活，但基本原理一致，其原则性原理结构为：蒸发器属压力容器，内设置换热盘管，分为两大技术流派：蒸汽走管内、液氨在壳侧，即缓冲式；液氨走管内、蒸汽走管间，即直流式。北疆二期采用了直流式。其核心设施即是直流式液氨蒸发器。液氨以储罐压力或增压泵驱动为动力源直接进入盘管内部，于3——5秒内瞬间完成换热、液气共存、膜态瞬间蒸发成气态氨，经自励式调压阀稳压后进入后续系统。总体工艺流程说明：
液氨槽车→卸车臂→液氨储罐→液氨泵→直流式液氨蒸发器→氨气缓冲罐→SCR反应器。
二、主要工艺说明
1、直流式蒸发器气化原理
液氨蒸发器形式为蒸汽水浴式，液氨蒸发所需要的热量采用蒸汽加热来提供热量。蒸发器内部为管式换热，液氨走管内、热源即热水在壳侧，故为直流式。蒸发器上装有压力控制阀将氨气压力控制在一定范围，当出口压力达到过高时，则切断液氨进料。在氨气出口管线上应装有温度检测器，当温度过低时切断液氨，使氨气至缓冲罐维持适当温度及压力，蒸发器也应装有安全阀，可防止设备压力异常过高。液氨蒸发器应按照在BMCR工况下2×100％容量设计，氨蒸发器出力不得小于1000Nm3/h。液氨蒸发器按两台机组设置2套100％容量的设备考虑。液氨蒸发器材质为S30408。
2、直流式膜态蒸发的数理模型及优势
膜态蒸发的技术优势基于选取最优的换热系数以获取良好的换热工况。膜态瞬间蒸发对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比，即：
q = h*(tw-t∞)，Q = h*A*(tw-t∞)=q*A 。式中：
q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称作热流密度，单位W/m^2；
tw、t∞分别为固体表面和流体的温度，单位K；
A为壁面面积，单位m^2；
Q为单位时间内面积A上的传热热量，单位W；
h称为表面对流传热系数，单位W/(m^2.K)。
由此可见，膜态蒸发可取得最经济、效率最好的工况，即安全、稳定。
3、直流式蒸发器控制方式
系统共有两台蒸汽水浴式液氨蒸发器，每台蒸发器后方配置一个氨气缓冲罐。液氨经蒸发器气化后再经过自力式调节阀减压，进入该蒸发器后方的氨气缓冲罐，氨气经氨气缓冲罐送到SCR区。液氨蒸发器为一用一备方式，氨气缓冲罐与液氨蒸发器一对一配置同样为一用一备。
3.1蒸发器备用方式：蒸发器在备用方式下，其液氨入口管路上的气动控制阀始终是处于关闭状态的。对于选择了冷备方式的蒸发器，其蒸汽调节阀也是无条件的处在全关闭状态，即不进蒸汽，不对蒸发器筒体内部的水加温，因此在寒冷地区，应考虑长时间的冷备蒸发器筒体内的水结冰问题，应将筒体内的水放掉。对于选择了热备方式的蒸发器，系统对蒸发器筒体内部的水温实行两位式控制，通过蒸汽调节阀控制蒸汽量，自动将蒸发器的水温控制在80℃±2.5℃。这种方式下，蒸发器时刻具备对液氨的气化条件。在热备方式下。蒸发器的水位过低（低于设定值400mm）和水温过高（超过设定值90℃）均联锁关闭蒸汽调节阀。
3.2蒸发器的工作方式：蒸汽水浴式蒸发器采用蒸汽来加热水的方式，将蒸发器筒体内的水加热到并控制在设定的温度（80℃），80℃的热水为液氨蒸发提供所需的足够热量，使得液氨进入蒸发器后立刻气化，气化的氨气经安装在蒸发器出口的自力式调节阀减压后进入该蒸发器后方的氨气缓冲罐，经缓冲罐送到SCR区。水的温度采用PID连续控制方式，根据实际水温与设定水温（80℃）的偏差大小经PID运算后控制蒸汽调节阀的开度大小。对于蒸发器液氨入口管路上的气动控制阀正常情况下始终是打开的，当由于某种异常，导致以下情况之一发生时它会自动关闭以实现联锁保护：第一种情况是蒸发器的水温过低（低于设定值70℃），第二种情况是蒸发器出口氨气温度过低（低于设定值41℃），第三种情况是蒸发器出口氨气压力过高（高于设定值1.5MPa，）第四种情况是蒸发器的水位过低（低于设定值400mm）。
液氨蒸发器及其辅助设备的气、油、水管路集装在一个公共底座上，两台液氨蒸发器为整体集装式结构。具体外形尺寸详见附件中的液氨供应泵撬装尺寸图。
4、氨气缓冲罐（一用一备）
从蒸发器蒸发的氨气流进入氨气缓冲罐，通过调压阀减压成一定压力，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统。液氨缓冲罐能满足为SCR系统供应稳定的氨气，避免受蒸发器操作不稳定的影响。缓冲罐上也应设置有安全阀保护设备。氨气缓冲罐的容量应满足蒸发器额定出力的3～5分钟的停留时间，材质为碳钢。本工程按两台机组设置2套100％容量的设备考虑，设两台8m3氨气缓冲罐，材质S30408，设计压力1.6MPa。缓冲罐应带有不锈钢压力表（要求不锈钢压力表配一道门）、人孔、全启式安全阀、排污口、接口反法兰及附件等附件，安全阀门应整定后出厂；人孔方便开启，进出方便。
缓冲罐本体及内部装置应具有足够的强度，并保证在各种运行工况下，内部装置完好无损。缓冲罐外壳要有必要的保温，外包不锈钢薄板，符合保温标准。罐内部出厂前清理干净，出厂时，各接口已经采用盲板封口。
三. 灵活稳定的运行实践总结
（1）直流式液氨蒸发器相较传统缓冲式蒸发器，优点明显，即气氨产出快、产出稳定、受热源波动影响幅度小；
（2）液氨储罐我们在保证工艺需求的同时，我们尽量保证了储罐的安全性，从储罐的安全性控制系统中我们可以看出我设置了压力的三选二功能，双液位的保护功能等。
（3）液氨蒸发器采用蒸汽水浴式，气化能力稳定，与蒸汽直接换热式蒸发器相比较且容易调整。氨气出口设置了自力式调压阀，调整的时间短，响应速度快。
四、结语
直流式蒸发系统，以其安全稳定有力的保证了环保安全，目前在多数企业的脱硝系统取得应用。增加蒸发系统内氨的流通量、进一步提高其功效及转化率，将是以后的拓展方向。希望本文抛砖引玉，能给一级重大危险源的设计安装、生产管理提供一些经验，保证一级重大危险源的本质安全。
作者简介
李 广，1981—，男，吉林长春，中共党员，高级工程师，国投电力集团专家，大学本科，国投北疆电厂环保专工，从事火电厂环保系统运行管理工作。
王峰，1982—，男，中共党员，高级工程师，国家能源局全国可靠性监督管理首批专家，国投电力生产技术专家，国投北疆发电厂运行管理部副经理，长期从事火力发电厂的优化运行、技术监督及节能技术管理工作，在百万千瓦超超临界机组的调试、安全运行、节能运行、故障诊断和处理等方面有着丰富的实践经验。
张连双，1974—，吉林长春，中共党员，工程师，国投北疆发电厂运行管理部经理助理，长期从事火力发电厂生产运行管理工作，
论文作者:李广,王峰,张连双
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
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