火力發電廠脫硝工程氨水區儲罐區消防系統設計

張崔燦

摘 要：我國大型火電廠采用氨水作為脫硝試劑越來越多，需要規范明確氨水危險等級，及《建筑設計防火規范》、《石油化工企業設計防火規范》、《水噴霧滅火系統技術規范》、《火力發電廠與變電站設計防火規范》、《火力發電廠煙氣脫硝設計技術規程》對氨水消防設計的要求。

關鍵詞：火電廠 氨水區 脫硝 消防設計

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

0 引言

目前火力發電廠脫硝技術脫硝試劑有液氨法脫硝、氨水法脫硝、尿素法脫硝，由于液氨屬于乙類危險類別，屬于重大危險源，儲存起來危險性較大。現在越來越多的電廠選用氨水法脫硝。氨水區氨水儲罐的火災危險性分類宜安丙類液體。在《建筑設計防火規范》GB50016-2014中8.1.4中規定甲、乙、丙類液體儲罐區內的儲罐應設移動水槍或固定水冷卻設施。但規范并沒有規定噴淋水強度。所以為配合越來越多的電廠改造需要完善消防規范。

1 氨水的特性

氨水（NH?[aq]）常稱為氫氧化銨，指氨氣的水溶液，有強烈刺鼻氣味，具弱堿性。氨水中，氨氣分子發生微弱水解生成氫氧根離子及銨根離子。1M氨水的pH值為11.63，大約有0.42%的NH?變為NH4?。氨水是實驗室中氨的常用來源。它可與含銅（II）離子的溶液作用生成深藍色的配合物，也可用于配置銀氨溶液等分析化學試劑。

2 氨水區消防系統設計標準

在《建筑設計防火規范》GB50016-2014中8.1.4中規定甲、乙、丙類液體儲罐區內的儲罐應設移動水槍或固定水冷卻設施。沒有明確什么固定水冷卻設施及強度。只能參考液氨區消防系統標準進行設計。液氨區域水噴霧系統的水量計算主要依據《石油化工企業設計防火規范》中8.10.4規定，全壓力式及半冷凍式液化烴儲罐固定式消防冷卻水系統的用水量計算應符合下列規定：著火罐冷卻水供給強度不應小于9.00L/min·m 2，

3 火電廠氨水脫硝工程工藝流程

氨區指的是氨水卸料泵、氨水儲罐、氨水計量/輸送泵等；液氨被稀釋制備成濃度為 20%的氨水。氨水在經氨水輸送泵輸送至計量模塊之前，與稀釋水模塊輸送過來的水混合，稀釋為5%左右的氨水溶液。然后，經過分配裝置的精確計量分配至每個噴槍，經噴槍噴入爐膛，進行脫硝反應。

4 以某電廠氨水區消防為例

某電廠裝機容量為180萬千瓦（1、2、3號機組），其中1、2號機組為60萬千瓦亞臨界機組，于2006年9月投產發電；3號機組為60萬千瓦超臨界機組，于2009年7月投入運行。2014年2月，公司1、2、3號機組銘牌增容獲湖南省經濟和信息化委員會批復，出力均由60萬千瓦變更為65萬千瓦，現機組總裝機容量為195萬千瓦。

某電廠3號機組于2009年7月投產發電，同步建設脫硝設施，3號機組脫硝因運行時間長達五年，于2014年5月份更換了一層催化劑，2015年5月更換了另一層催化劑。配置2臺脫硝反應器，反應器的截面尺寸長×寬×高=11.1m×15.9m×12.76m，每臺脫硝反應器設計成2+1層催化劑布置方式，其中上層為預留層。脫硝系統與鍋爐同步投產，在常用煤質，負荷600MW下，鍋爐NOx排放濃度基本在1200mg/m3左右。

隨著國家對節能減排工作的不斷深入，火力發電廠的煙氣排放標準也相應隨之提高。根據環境保護部和質檢總局聯合發布的新的國家排放標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的要求，火力發電鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物最高允許排放濃度提高到30mg/m3、200 mg/m3、200 mg/m3。

2014年9月，國家發改委、環保部、國家能源局聯合發布《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，文件要求到2020年東部地區現役30萬千瓦及以上公用燃煤發電機組、10萬千瓦及以上自備燃煤發電機組以及其他有條件的燃煤發電機組，改造后大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值。

根據湖南省發布的《湖南省煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》文件，某電廠將對二期3號機組進行超低排放改造。改造目標為煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別低于10 mg/m3（標態，干基，6%O2）（下同）、35 mg/m3、50 mg/m3。

本次脫硝系統改造結合電廠的實際情況，從燃煤電廠煙氣污染物整體協同治理的角度出發，采用低氮燃燒改造+SNCR+SCR脫硝增容、增加煙氣均流裝置+增加兩層噴淋層+塔外漿池、高效除塵除霧裝置、引增合一、預留MGGH和濕式靜電除塵器位置的技術路線。

（1）脫硝SNCR系統技術要求

采用的SNCR脫硝工藝技術，至少應必須包括氨水制備、儲存及輸送系統、除鹽水系統、冷卻水系統、計量混合系統、計量噴射系統、壓縮空氣系統、電氣系統、儀表及自動控制系統、安全防護、防凍伴熱系統等。原劑采用20%濃度氨水，儲存在脫硝裝置公用區域的氨水儲罐。

（2）對于SNCR系統及氨噴射系統，其改造方案如下。

必須根據流場模擬試驗，在鍋爐上選擇合適的噴槍數量和氨水噴射位置，氨水通過噴射器，直接在鍋爐高溫煙氣中進行加熱分解制氨。

（3）電廠氨水區布置及消防系統設計

平面布置圖為：寬25米，長50米，高11米的半開放性的建筑。

室外消防系統：本次設計室外設置消火栓系統，消防水源來至原廠區消防水管網，室外消火栓設計流量為20L/S，采用兩路接口形成環狀消防管網。

自動噴水滅火系統：根據規范要求，在氨水制備區及氨水儲罐區設置自動噴水滅火系統，本系統兼有吸收泄漏到空氣中的氨氣的作用。雨淋系統噴淋強度按中危險I級設計。防護區劃分按氨水制備區為一個區，氨水儲罐區為一個區。

火災危險等級為中危險級Ⅱ級，設計噴水強度9.00L/min·m 2，所有噴頭用DN25短管與主管連接。

滅火器布置：在氨區配置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和推車式干粉滅火器。滅火器配置點應結合現場實際情況確定。

5 電廠氨水區消防現狀

目前火力發電廠脫硝工程利用氨水作為脫硝劑的比較少，消防系統可參考項目不多。提供脫硝模塊廠家對自己設備危險等級定位不清晰，導致可利用規范及標準無法確定。《建筑設計防火規范》、《石油化工企業設計防火規范》、《水噴霧滅火系統技術規范》、《火力發電廠與變電站設計防火規范》、《力發電廠煙氣脫硝設計技術規程》均未對氨水消防設計有明確規定。

6 建議

根據以上所述，需要對火力電廠脫硝工程液氨、氨水、尿素等消防標準重新進行修訂。需專門明確《力發電廠煙氣脫硝設計技術規程》中3種脫硝試劑儲存及制備區消防標準的要求。設計人員有統一明確的設計依據。

參考文獻

[1] DL5480-2013.火力發電廠煙氣脫硝設計技術規程[S].2013.

[2] GB50016-2014.建筑設計防火規范[S].2013.

[3] 張晶，火電廠煙氣脫硝工程液氨儲罐區消防設計[G]，北京，華電技術，2012，10，34（10）：12～13.

[4] GB50160-2008.石油化工企業設計防火規范[S].2009.