事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制

摘 要：根據(jù)國(guó)家的環(huán)保政策要求，新建發(fā)電機(jī)組均要求取消脫硫旁路，為實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須設(shè)置有效的事故噴淋冷卻水裝置。文章對(duì)事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設(shè)置的必要性進(jìn)行分析，并對(duì)事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備及控制進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：脫硫旁路；事故噴淋冷卻水系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；控制

1 事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設(shè)置的必要性

根據(jù)國(guó)家最新的環(huán)保政策，新建發(fā)電機(jī)組均要求取消脫硫旁路。取消煙氣旁路有利于脫硫裝置與發(fā)電工程同步運(yùn)行，簡(jiǎn)化煙道系統(tǒng)、節(jié)省煙道擋板門(mén)等設(shè)備；避免了開(kāi)啟旁路擋板、部分脫硫的運(yùn)行方式，提高了煙氣脫硫效率。

但取消旁路煙道后，鍋爐煙氣在任何工況下都必須經(jīng)過(guò)脫硫吸收塔才能進(jìn)入煙囪，吸收塔成為確保鍋爐機(jī)組連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在各種故障工況下，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行凸現(xiàn)其重要性[1]。無(wú)旁路脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除系統(tǒng)配置設(shè)備材質(zhì)選擇上的充分考慮，還必須設(shè)置有效的事故噴淋冷卻水系統(tǒng)。

在故障狀態(tài)下吸收塔入口煙溫超過(guò)180℃，會(huì)對(duì)吸收塔內(nèi)防腐襯里和塔內(nèi)部件如噴淋層和除霧器等造成不可挽回的損害，甚至?xí)鸹馂?zāi)。因此，必須考慮對(duì)事故高溫?zé)煔膺M(jìn)行冷卻，將事故煙氣溫度降至吸收塔可耐受的溫度范圍內(nèi)，以確保整個(gè)煙氣脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在廠用電全停或者脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿泵失電的情況下，吸收塔內(nèi)已無(wú)漿液對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，此時(shí)正常煙氣溫度為120℃左右，而吸收塔塔內(nèi)防腐內(nèi)襯（內(nèi)襯橡膠）的耐溫一般是90～100℃，除霧器耐溫一般是80℃，此時(shí)煙氣會(huì)對(duì)塔內(nèi)件造成一定損害，會(huì)引起塔內(nèi)防腐老化，除霧器軟化變形等，損壞嚴(yán)重時(shí)需停機(jī)檢修且修理恢復(fù)的周期較長(zhǎng)，對(duì)電廠造成較大的損失，因此在這種情況下也需要設(shè)置事故高溫?zé)煔饫鋮s水系統(tǒng)對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行冷卻。

綜上所述，取消旁路煙道后設(shè)置事故噴淋冷卻水系統(tǒng)很有必要。

2 事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 事故噴淋冷卻水水源

事故噴淋冷卻水系統(tǒng)水源可取自脫硫工藝水。

供水設(shè)計(jì)通常有以下三種方式：（1）設(shè)計(jì)一定容量的高位水箱來(lái)滿(mǎn)足事故噴淋系統(tǒng)的要求；（2）設(shè)置專(zhuān)用的事故噴淋冷卻水泵；（3）工藝水泵選型時(shí)考慮事故噴淋冷卻水量，在事故狀態(tài)下，充當(dāng)事故噴淋冷卻水泵。

高位水箱一般設(shè)置在吸收塔入口煙道上部或出口煙道上部，該技術(shù)主要缺點(diǎn)在于：第一：噴淋降溫點(diǎn)距離吸收塔太近，噴入的水未蒸發(fā)達(dá)到降溫效果即進(jìn)入吸收塔；第二：高溫水箱水位太低無(wú)法滿(mǎn)足噴淋系統(tǒng)霧化噴嘴的水壓要求，噴入的降溫水霧化效果差。

設(shè)置事故噴淋專(zhuān)用水箱和水泵，在非事故情況下設(shè)備處于閑置狀態(tài)，不太經(jīng)濟(jì)，而且需要單獨(dú)納入控制系統(tǒng)。

為滿(mǎn)足事故冷卻水系統(tǒng)的用水要求，工藝水泵選型時(shí)充分考慮事故冷卻水量。在全廠失電或者脫硫系統(tǒng)失電的情況下，設(shè)置保安電源的工藝水泵，仍能確保事故高溫?zé)煔饫鋮s系統(tǒng)的供水。

2.2 事故噴淋冷卻水水量

事故噴淋冷卻水用于以下兩種情況[2]：（1）在故障狀態(tài)下，吸收塔入口煙溫超過(guò)180℃冷卻水系統(tǒng)所需的水量按照將故障狀態(tài)下煙氣由180℃冷卻至正常煙溫120℃所需水量。（2）在廠用電全停或者脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿泵失電的情況下，吸收塔內(nèi)已無(wú)漿液對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，此時(shí)正常煙氣溫度為120℃左右，而吸收塔塔內(nèi)防腐內(nèi)襯（內(nèi)襯橡膠）的耐溫一般是90～100℃，除霧器耐溫一般是80℃，冷卻水系統(tǒng)所需水量按煙氣由120℃冷卻至80℃以下所需水量。

比較以上兩種事故工況下冷卻水系統(tǒng)所需水量，取較大值作為事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水量。

2.3 事故噴淋冷卻水設(shè)置位置

為保證事故煙氣的降溫效果，必須考慮系統(tǒng)噴水后被煙氣所吸收汽化的時(shí)間，也就是系統(tǒng)的噴水點(diǎn)距離吸收塔入口的煙氣流經(jīng)時(shí)間要保持在1～2s，這樣才能保證有效降低煙氣溫度，這樣在事故狀態(tài)下，煙氣進(jìn)入吸收塔前能夠降至設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

3 事故噴淋系統(tǒng)設(shè)備及控制

3.1 事故噴淋系統(tǒng)設(shè)備

噴淋系統(tǒng)布置在引風(fēng)機(jī)出口高溫?zé)煹纼?nèi)，霧化區(qū)域能夠覆蓋整個(gè)煙道截面。在事故冷卻系統(tǒng)的噴淋部分包括霧化噴嘴以及管道和配套閥門(mén)，設(shè)置在煙道內(nèi)的管道和噴嘴采用耐腐蝕的304L不銹鋼材質(zhì)，并能有效防止堵塞，因噴淋部分所處位置為高溫?zé)煔舛危瑖娙氲撵F化水直接被煙氣汽化帶走，同時(shí)在該煙道段的底部設(shè)計(jì)有效的集液和排放裝置，確保煙道及引風(fēng)機(jī)不受到腐蝕的影響，可不考慮防腐。

事故噴淋用噴嘴為螺旋噴嘴，螺旋噴嘴主要特點(diǎn)如下：（1）噴霧覆蓋面積大，噴霧角度保持恒定。螺旋噴嘴噴霧角度受液體壓力影響不明顯，甚至在壓力很低的情況下也能保證原來(lái)的噴霧角度。（2）抗堵性能突出，對(duì)水質(zhì)無(wú)特殊要求。由于螺旋噴嘴的獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)，噴孔特別大，因此幾乎不會(huì)被現(xiàn)場(chǎng)的煙塵堵塞，且對(duì)噴霧介質(zhì)沒(méi)有特殊的要求，不要求使用經(jīng)過(guò)特殊處理后的水。（3）優(yōu)異的耐溫和耐磨性能。由于噴嘴選用了哈氏合金C4材質(zhì)，因此不但保證在高溫環(huán)境下能正常工作，而且抗磨性能突出。

3.2 事故噴淋系統(tǒng)的控制

事故煙氣冷卻系統(tǒng)采用兩級(jí)控制，一級(jí)噴淋的水量滿(mǎn)足煙氣溫度由180℃冷卻到設(shè)計(jì)入口煙溫要求，兩級(jí)噴淋總水量滿(mǎn)足從180℃冷卻至循環(huán)泵失電或故障停運(yùn)時(shí)塔內(nèi)件的耐受溫度80℃。兩級(jí)噴淋根據(jù)不同的事故狀態(tài)進(jìn)行程序控制，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行噴霧降溫。

事故冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)的聯(lián)鎖信號(hào)為煙氣超溫信號(hào)和循環(huán)漿液泵失電信號(hào)，系統(tǒng)的閥門(mén)采用快開(kāi)的氣動(dòng)閥門(mén)，在觸發(fā)聯(lián)鎖信號(hào)后能夠快速打開(kāi)噴淋系統(tǒng)的主水源管道閥門(mén)，在主水源管道壓力不足時(shí)快速打開(kāi)備用水源管道的氣動(dòng)補(bǔ)水閥，以確保降溫水的可靠投入。在空預(yù)器故障煙氣超溫的情況下，系統(tǒng)在鍋爐安全停機(jī)后延時(shí)關(guān)閉，確保整個(gè)煙道通路上無(wú)高溫?zé)煔狻?/p>

在以下幾種事故工況下，啟動(dòng)事故高溫?zé)煔饫鋮s水系統(tǒng)。

（1）鍋爐機(jī)組故障引起的FGD裝置事故停運(yùn)工況

a.廠用電故障。鍋爐機(jī)組所有電氣設(shè)備無(wú)法運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)投入事故冷卻水，直至鍋爐安全停機(jī)。b.鍋爐機(jī)組其他故障導(dǎo)致停機(jī)。若空預(yù)器故障引起吸收塔入口煙氣超溫時(shí)則自動(dòng)投入事故冷卻水，鍋爐安全停機(jī)后FGD裝置執(zhí)行正常停運(yùn)步驟。

（2）FGD系統(tǒng)內(nèi)故障引起的FGD裝置事故停運(yùn)工況

a.FGD系統(tǒng)失去廠用電。脫硫系統(tǒng)電氣設(shè)備無(wú)法運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)投入事故冷卻水，直至廠用電恢復(fù)或鍋爐安全停機(jī)，鍋爐安全停機(jī)后FGD裝置執(zhí)行正常停運(yùn)步驟。b.FGD其他故障。故障導(dǎo)致FGD裝置無(wú)法維持運(yùn)行時(shí)，向鍋爐主機(jī)發(fā)送停機(jī)請(qǐng)求，待鍋爐主機(jī)安全停機(jī)后執(zhí)行FGD正常停運(yùn)步驟。

以上停運(yùn)工況下，事故冷卻水系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)10min。若超過(guò)10min應(yīng)觸發(fā)鍋爐MFT。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，脫硫系統(tǒng)已逐漸取消旁路煙道的設(shè)置，因此在脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮事故狀態(tài)下煙氣對(duì)吸收塔塔內(nèi)重要設(shè)備和材料所造成的損害，事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設(shè)置是確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必然選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]王文杰.無(wú)旁路的煙氣脫硫裝置事故噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A].2007年全國(guó)電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集[C].2007：129-131.

[2]王夢(mèng)勤，李楠，王春玲.脫硫系統(tǒng)事故噴淋裝置設(shè)計(jì)[J].廣東化工，2015，20：106-107.

作者簡(jiǎn)介：陳紀(jì)玲（1983-），女，工程師，主要從事電廠環(huán)保工程設(shè)計(jì)及研究工作。

廖濤（1980-），男，主要從事電廠環(huán)保工程的監(jiān)測(cè)及研究工作。