事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設計及控制

摘 要：根據(jù)國家的環(huán)保政策要求，新建發(fā)電機組均要求取消脫硫旁路，為實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，必須設置有效的事故噴淋冷卻水裝置。文章對事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設置的必要性進行分析，并對事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設計、設備及控制進行說明。

關鍵詞：脫硫旁路；事故噴淋冷卻水系統(tǒng)；設計；控制

1 事故噴淋冷卻水系統(tǒng)設置的必要性

根據(jù)國家最新的環(huán)保政策，新建發(fā)電機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)電工程同步運行，簡化煙道系統(tǒng)、節(jié)省煙道擋板門等設備；避免了開啟旁路擋板、部分脫硫的運行方式，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)過脫硫吸收塔才能進入煙囪，吸收塔成為確保鍋爐機組連續(xù)運行的關鍵環(huán)節(jié)，在各種故障工況下，實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行凸現(xiàn)其重要性[1]。無旁路脫硫系統(tǒng)設計，除系統(tǒng)配置設備材質選擇上的充分考慮，還必須設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180℃，會對吸收塔內防腐襯里和塔內部件如噴淋層和除霧器等造成不可挽回的損害，甚至會引起火災。因此，必須考慮對事故高溫煙氣進行冷卻，將事故煙氣溫度降至吸收塔可耐受的溫度范圍內，以確保整個煙氣脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

在廠用電全?；蛘呙摿蛳到y(tǒng)循環(huán)漿泵失電的情況下，吸收塔內已無漿液對煙氣進行冷卻，此時正常煙氣溫度為120℃左右，而吸收塔塔內防腐內襯（內襯橡膠）的耐溫一般是90～100℃，除霧器耐溫一般是80℃，此時煙氣會對塔內件造成一定損害，會引起塔內防腐老化，除霧器軟化變形等，損壞嚴重時需停機檢修且修理恢復的周期較長，對電廠造成較大的損失，因此在這種情況下也需要設置事故高溫煙氣冷卻水系統(tǒng)對高溫煙氣進行冷卻。

綜上所述，取消旁路煙道后設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)的設計

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。

供水設計通常有以下三種方式：（1）設計一定容量的高位水箱來滿足事故噴淋系統(tǒng)的要求；（2）設置專用的事故噴淋冷卻水泵；（3）工藝水泵選型時考慮事故噴淋冷卻水量，在事故狀態(tài)下，充當事故噴淋冷卻水泵。

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

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

為滿足事故冷卻水系統(tǒng)的用水要求，工藝水泵選型時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，設置保安電源的工藝水泵，仍能確保事故高溫煙氣冷卻系統(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，吸收塔內已無漿液對煙氣進行冷卻，此時正常煙氣溫度為120℃左右，而吸收塔塔內防腐內襯（內襯橡膠）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)的設計水量。

2.3 事故噴淋冷卻水設置位置

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間，也就是系統(tǒng)的噴水點距離吸收塔入口的煙氣流經(jīng)時間要保持在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，煙氣進入吸收塔前能夠降至設計范圍內。

3 事故噴淋系統(tǒng)設備及控制

3.1 事故噴淋系統(tǒng)設備

噴淋系統(tǒng)布置在引風機出口高溫煙道內，霧化區(qū)域能夠覆蓋整個煙道截面。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，設置在煙道內的管道和噴嘴采用耐腐蝕的304L不銹鋼材質，并能有效防止堵塞，因噴淋部分所處位置為高溫煙氣段，噴入的霧化水直接被煙氣汽化帶走，同時在該煙道段的底部設計有效的集液和排放裝置，確保煙道及引風機不受到腐蝕的影響，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的噴霧角度。（2）抗堵性能突出，對水質無特殊要求。由于螺旋噴嘴的獨特的螺旋結構，噴孔特別大，因此幾乎不會被現(xiàn)場的煙塵堵塞，且對噴霧介質沒有特殊的要求，不要求使用經(jīng)過特殊處理后的水。（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，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)采用兩級控制，一級噴淋的水量滿足煙氣溫度由180℃冷卻到設計入口煙溫要求，兩級噴淋總水量滿足從180℃冷卻至循環(huán)泵失電或故障停運時塔內件的耐受溫度80℃。兩級噴淋根據(jù)不同的事故狀態(tài)進行程序控制，通過該系統(tǒng)對高溫煙氣進行噴霧降溫。

事故冷卻系統(tǒng)啟動的聯(lián)鎖信號為煙氣超溫信號和循環(huán)漿液泵失電信號，系統(tǒng)的閥門采用快開的氣動閥門，在觸發(fā)聯(lián)鎖信號后能夠快速打開噴淋系統(tǒng)的主水源管道閥門，在主水源管道壓力不足時快速打開備用水源管道的氣動補水閥，以確保降溫水的可靠投入。在空預器故障煙氣超溫的情況下，系統(tǒng)在鍋爐安全停機后延時關閉，確保整個煙道通路上無高溫煙氣。

在以下幾種事故工況下，啟動事故高溫煙氣冷卻水系統(tǒng)。

（1）鍋爐機組故障引起的FGD裝置事故停運工況

a.廠用電故障。鍋爐機組所有電氣設備無法運行時，自動投入事故冷卻水，直至鍋爐安全停機。b.鍋爐機組其他故障導致停機。若空預器故障引起吸收塔入口煙氣超溫時則自動投入事故冷卻水，鍋爐安全停機后FGD裝置執(zhí)行正常停運步驟。

（2）FGD系統(tǒng)內故障引起的FGD裝置事故停運工況

a.FGD系統(tǒng)失去廠用電。脫硫系統(tǒng)電氣設備無法運行時，自動投入事故冷卻水，直至廠用電恢復或鍋爐安全停機，鍋爐安全停機后FGD裝置執(zhí)行正常停運步驟。b.FGD其他故障。故障導致FGD裝置無法維持運行時，向鍋爐主機發(fā)送停機請求，待鍋爐主機安全停機后執(zhí)行FGD正常停運步驟。

以上停運工況下，事故冷卻水系統(tǒng)投運時間不應超過10min。若超過10min應觸發(fā)鍋爐MFT。

4 結束語

隨著國家環(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置，因此在脫硫系統(tǒng)設計時必須考慮事故狀態(tài)下煙氣對吸收塔塔內重要設備和材料所造成的損害，事故噴淋冷卻水系統(tǒng)的設置是確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的必然選擇。

參考文獻

[1]王文杰.無旁路的煙氣脫硫裝置事故噴淋系統(tǒng)設計[A].2007年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術協(xié)作網(wǎng)年會暨技術研討會論文集[C].2007：129-131.

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

作者簡介：陳紀玲（1983-），女，工程師，主要從事電廠環(huán)保工程設計及研究工作。

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