事故喷淋冷却水系统设计及控制

摘 要：根据国家的环保政策要求，新建发电机组均要求取消脱硫旁路，为实现脱硫系统的安全稳定运行，必须设置有效的事故喷淋冷却水装置。文章对事故喷淋冷却水系统设置的必要性进行分析，并对事故喷淋冷却水系统的设计、设备及控制进行说明。

关键词：脱硫旁路；事故喷淋冷却水系统；设计；控制

1 事故喷淋冷却水系统设置的必要性

根据国家最新的环保政策，新建发电机组均要求取消脱硫旁路。取消烟气旁路有利于脱硫装置与发电工程同步运行，简化烟道系统、节省烟道挡板门等设备；避免了开启旁路挡板、部分脱硫的运行方式，提高了烟气脱硫效率。

但取消旁路烟道后，锅炉烟气在任何工况下都必须经过脱硫吸收塔才能进入烟囱，吸收塔成为确保锅炉机组连续运行的关键环节，在各种故障工况下，实现脱硫系统的安全稳定运行凸现其重要性[1]。无旁路脱硫系统设计，除系统配置设备材质选择上的充分考虑，还必须设置有效的事故喷淋冷却水系统。

在故障状态下吸收塔入口烟温超过180℃，会对吸收塔内防腐衬里和塔内部件如喷淋层和除雾器等造成不可挽回的损害，甚至会引起火灾。因此，必须考虑对事故高温烟气进行冷却，将事故烟气温度降至吸收塔可耐受的温度范围内，以确保整个烟气脱硫系统的安全稳定运行。

在厂用电全停或者脱硫系统循环浆泵失电的情况下，吸收塔内已无浆液对烟气进行冷却，此时正常烟气温度为120℃左右，而吸收塔塔内防腐内衬（内衬橡胶）的耐温一般是90～100℃，除雾器耐温一般是80℃，此时烟气会对塔内件造成一定损害，会引起塔内防腐老化，除雾器软化变形等，损坏严重时需停机检修且修理恢复的周期较长，对电厂造成较大的损失，因此在这种情况下也需要设置事故高温烟气冷却水系统对高温烟气进行冷却。

综上所述，取消旁路烟道后设置事故喷淋冷却水系统很有必要。

2 事故喷淋冷却水系统的设计

2.1 事故喷淋冷却水水源

事故喷淋冷却水系统水源可取自脱硫工艺水。

供水设计通常有以下三种方式：（1）设计一定容量的高位水箱来满足事故喷淋系统的要求；（2）设置专用的事故喷淋冷却水泵；（3）工艺水泵选型时考虑事故喷淋冷却水量，在事故状态下，充当事故喷淋冷却水泵。

高位水箱一般设置在吸收塔入口烟道上部或出口烟道上部，该技术主要缺点在于：第一：喷淋降温点距离吸收塔太近，喷入的水未蒸发达到降温效果即进入吸收塔；第二：高温水箱水位太低无法满足喷淋系统雾化喷嘴的水压要求，喷入的降温水雾化效果差。

设置事故喷淋专用水箱和水泵，在非事故情况下设备处于闲置状态，不太经济，而且需要单独纳入控制系统。

为满足事故冷却水系统的用水要求，工艺水泵选型时充分考虑事故冷却水量。在全厂失电或者脱硫系统失电的情况下，设置保安电源的工艺水泵，仍能确保事故高温烟气冷却系统的供水。

2.2 事故喷淋冷却水水量

事故喷淋冷却水用于以下两种情况[2]：（1）在故障状态下，吸收塔入口烟温超过180℃冷却水系统所需的水量按照将故障状态下烟气由180℃冷却至正常烟温120℃所需水量。（2）在厂用电全停或者脱硫系统循环浆泵失电的情况下，吸收塔内已无浆液对烟气进行冷却，此时正常烟气温度为120℃左右，而吸收塔塔内防腐内衬（内衬橡胶）的耐温一般是90～100℃，除雾器耐温一般是80℃，冷却水系统所需水量按烟气由120℃冷却至80℃以下所需水量。

比较以上两种事故工况下冷却水系统所需水量，取较大值作为事故喷淋冷却水系统的设计水量。

2.3 事故喷淋冷却水设置位置

为保证事故烟气的降温效果，必须考虑系统喷水后被烟气所吸收汽化的时间，也就是系统的喷水点距离吸收塔入口的烟气流经时间要保持在1～2s，这样才能保证有效降低烟气温度，这样在事故状态下，烟气进入吸收塔前能够降至设计范围内。

3 事故喷淋系统设备及控制

3.1 事故喷淋系统设备

喷淋系统布置在引风机出口高温烟道内，雾化区域能够覆盖整个烟道截面。在事故冷却系统的喷淋部分包括雾化喷嘴以及管道和配套阀门，设置在烟道内的管道和喷嘴采用耐腐蚀的304L不锈钢材质，并能有效防止堵塞，因喷淋部分所处位置为高温烟气段，喷入的雾化水直接被烟气汽化带走，同时在该烟道段的底部设计有效的集液和排放装置，确保烟道及引风机不受到腐蚀的影响，可不考虑防腐。

事故喷淋用喷嘴为螺旋喷嘴，螺旋喷嘴主要特点如下：（1）喷雾覆盖面积大，喷雾角度保持恒定。螺旋喷嘴喷雾角度受液体压力影响不明显，甚至在压力很低的情况下也能保证原来的喷雾角度。（2）抗堵性能突出，对水质无特殊要求。由于螺旋喷嘴的独特的螺旋结构，喷孔特别大，因此几乎不会被现场的烟尘堵塞，且对喷雾介质没有特殊的要求，不要求使用经过特殊处理后的水。（3）优异的耐温和耐磨性能。由于喷嘴选用了哈氏合金C4材质，因此不但保证在高温环境下能正常工作，而且抗磨性能突出。

3.2 事故喷淋系统的控制

事故烟气冷却系统采用两级控制，一级喷淋的水量满足烟气温度由180℃冷却到设计入口烟温要求，两级喷淋总水量满足从180℃冷却至循环泵失电或故障停运时塔内件的耐受温度80℃。两级喷淋根据不同的事故状态进行程序控制，通过该系统对高温烟气进行喷雾降温。

事故冷却系统启动的联锁信号为烟气超温信号和循环浆液泵失电信号，系统的阀门采用快开的气动阀门，在触发联锁信号后能够快速打开喷淋系统的主水源管道阀门，在主水源管道压力不足时快速打开备用水源管道的气动补水阀，以确保降温水的可靠投入。在空预器故障烟气超温的情况下，系统在锅炉安全停机后延时关闭，确保整个烟道通路上无高温烟气。

在以下几种事故工况下，启动事故高温烟气冷却水系统。

（1）锅炉机组故障引起的FGD装置事故停运工况

a.厂用电故障。锅炉机组所有电气设备无法运行时，自动投入事故冷却水，直至锅炉安全停机。b.锅炉机组其他故障导致停机。若空预器故障引起吸收塔入口烟气超温时则自动投入事故冷却水，锅炉安全停机后FGD装置执行正常停运步骤。

（2）FGD系统内故障引起的FGD装置事故停运工况

a.FGD系统失去厂用电。脱硫系统电气设备无法运行时，自动投入事故冷却水，直至厂用电恢复或锅炉安全停机，锅炉安全停机后FGD装置执行正常停运步骤。b.FGD其他故障。故障导致FGD装置无法维持运行时，向锅炉主机发送停机请求，待锅炉主机安全停机后执行FGD正常停运步骤。

以上停运工况下，事故冷却水系统投运时间不应超过10min。若超过10min应触发锅炉MFT。

4 结束语

随着国家环保要求的不断提高，脱硫系统已逐渐取消旁路烟道的设置，因此在脱硫系统设计时必须考虑事故状态下烟气对吸收塔塔内重要设备和材料所造成的损害，事故喷淋冷却水系统的设置是确保脱硫系统安全稳定运行的必然选择。

参考文献

[1]王文杰.无旁路的烟气脱硫装置事故喷淋系统设计[A].2007年全国电力行业脱硫脱硝技术协作网年会暨技术研讨会论文集[C].2007：129-131.

[2]王梦勤，李楠，王春玲.脱硫系统事故喷淋装置设计[J].广东化工，2015，20：106-107.

作者简介：陈纪玲（1983-），女，工程师，主要从事电厂环保工程设计及研究工作。

廖涛（1980-），男，主要从事电厂环保工程的监测及研究工作。