半干法烟气脱硫系统中喷水调节阀的控制及选型.pdf

半干法烟气脱硫系统中喷水调节阀的控制及选型 徐世利肖家荣 山东圣杰能源环境工程有限公司 山东圣杰电力设计院 ， 济南 250014 摘要 喷水流量的控制对半干法脱硫效率至关重要， 通过分析喷水调节阀的控制对吸收塔温度的影响， 表明该阀流量 特性选择的重要性， 并提出喷水调节阀的选型及计算方法。 关键词 半干法; 脱硫; 喷水调节阀; 吸收塔; 流量 SPRAY WATER ADJUSTING VALVE SELECTING AND CONTROLLING IN SEMI- DRY FGD Xu ShiliXiao Jiarong Shandong Shengjie Energy Environment Engineering Co. ，Ltd Shandong Shengjie Electric Power Design Institute ，Jinan 250014，China AbstractSpray water flow control is an important guarantee of semi-dry FGD efficiency. By analysing the effect of control of spray water adjusting valve on absorption tower temperature， it is shown that the choice of flow characteristics is key to the system，and put forward the selecting and calculating s of spray water adjusting valve. Keywordssemi-dry ;desulphurization;spray water adjusting valve;absorption tower;flow 0引言 循环流化床 CFB-FGD 半干法烟气脱硫技术在 燃煤发电机组和垃圾焚烧等工程的烟气净化中已广 泛应用， 该技术具有工艺流程简单、 占地面积小、 一次 投资少、 脱硫效率高、 运行费用低、 控制简单、 负荷适 应性好、 单塔处理能力大等诸多优点， 更由于其耗水 量低， 不产生二次污染， 特别适合于烟气含硫量低的 中小机组和缺水地区。 1喷水量对脱硫系统的影响 脱硫吸收塔内的烟气温度控制是 CFB-FGD 半干 法工艺控制的三个主要回路之一。为了使消石灰和 SO2处于最佳的反应状态， 提高 SO2的吸收反应效 率， 需要向吸收塔内喷入适量的工艺水， 降低并稳定 烟气温度。 在其他条件一定的情况下， 系统的脱硫率随喷水 量的增加而提高。当喷水量较小时， 工艺水很快被蒸 发， 来不及在吸收剂表面形成液膜， 喷水对脱硫效率 的影响不大。而随着喷水量增大， 烟气温度进一步降 低， 工艺水蒸发时间延长， 粘附在吸收剂表面形成一 定厚度的稳定液膜， 使消石灰和 SO2的反应成为快速 的离子反应， 从而提高脱硫效率。因此， 烟气温度越 接近其露点温度， 消石灰和 SO2反应的效果越好。但 若烟气温度过低， 脱硫灰的流动性下降， 容易造成系 统粘壁阻塞和结露， 同时也不利于除尘器清灰。另 外， 烟气温度过低， 烟气抽吸力小， 不易上升， 不利于 烟气排放。因此， 需要精确控制进入吸收塔内的工艺 水量， 使吸收塔出口的烟气温度高于露点温度形成温 差并保持稳定， 这样既可保证脱硫效率， 又可保证整 个系统安全运行， 防止下游设备被腐蚀。 2喷水调节阀的应用及控制 工艺水系统包括水箱、 高压水泵、 供水气动开关 阀、 雾化水喷嘴、 回水气动调节阀和气动开关阀、 流量 仪表等组成。工艺水系统如图 1 所示。 图 1工艺水系统示意 65 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 工艺水喷水调节阀装在回水管路上， 同时在工艺 水泵出口母管和回水管路上设有流量检测信号， 二者 之差值即为进入吸收塔的实际喷水量。由于工艺水 泵出口母管流量相对稳定， 通过调节回流水量， 即可 调节进入吸收塔的喷水量， 使吸收塔出口烟气温度保 持稳定。 喷水调节阀的开度主要受吸收塔出口温度的控 制， 吸收塔的出口设有三个温度测量信号， 并进行三 取二计算， 选择最佳温度作为控制信号。当循环流化 床已经建立， 吸收塔床层压降达到一个稳定值时， 即 可启动工艺水系统， 此时吸收塔出口烟气温度目标值 设定为高于露点30 ℃ 左右， 喷水调节阀打开至全开 位， 并切换至自动控制模式。随着喷水调节阀的开度 逐渐减小， 雾化水量逐渐增加， 最终吸收塔出口烟气 温度降至设定值附近。当系统稳定运行时， 调节阀的 开度最小， 并根据吸收塔出口烟气温度的变化自动调 节。吸收塔床层压降低于设定值或脱硫系统停止运 行时， 工艺水系统随之停止运行， 调节阀关闭。 3喷水调节阀的选择 由于正常工况下， 调节阀长时间在相对较小的开 度下工作， 因此， 需要选择适当的阀门类型和口径， 为 系统提供一个比较线性的安装流量特性， 减小阀门的 增益， 降低过程偏差度。 常用控制阀的理想流量特性有线性流量特性、 等 百分比流量特性和快开流量特性。 控制阀与管路串联安装后， 其理想流量特性会发 生畸变， 畸变的程度与系统的压降比 S 有关。压降比 S 0. 25 ～ 1 时， 宜选用线性流量特性阀; S 0. 25 时， 宜选用等百 分比流量特性阀 ［ 1］。 等百分比流量特性是指控制阀单位相对行程变 化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比 关系， 其增益与流量成正比。等百分比流量特性控制 阀在不同的行程处， 如果相对行程变化相同， 其相对 流量的变化百分比也相同。 优先选用等百分比特性控制阀的场合为 1实际可调范围大。 2开度变化， 阀上差压变化相对较大。 3管道系统压力损失大。 4工艺系统负荷大幅度波动。 5调节阀经常在小开度下运行。 按半干法脱硫工艺控制流程的要求， 在工艺水系 统启动时， 要求调节阀开度大， 流量变化也大， 且调节 较灵敏; 稳定运行时， 阀门开度小， 流量变化小， 调节 较平缓。可见喷水调节阀的特性要求与上述理想流 量特性为等百分比的调节阀相吻合， 因此， 工艺回水 管路上适宜选用等百分比的调节阀。 4喷水调节阀口径的计算 4. 1调节阀口径的计算和选择 1确定计算流量 Q。调节阀口径计算的流量， 应是系统管路工作的最大流量 Qmax， 就是调节阀最大 开度时的流量 Q100［ 2］。由工艺的物料平衡计算结果， 综合考虑后确定。 2按规范和工艺要求选择管内流速， 确定管径。 3估算管路的阻损 ΔP1。管路的阻损为除调节 阀以外的所有直管段、 弯头、 变径、 手动阀门、 节流装 置等的阻力压降之和 ［ 2］。 4按 管 路 系 统 的 压 降 比 S 确 定 调 节 阀 的 压 降 ΔPV ΔP V SΔP1 1 － S 5按调节阀的压降 ΔPV和流量 Q 计算流量系 数 CV CV Q G ΔP 槡 V 其中， G 为流体的相对密度。 6根据 CV值查阅厂家资料选择阀门口径。 7按所选阀门流量系数 CV重新计算压降 ΔPV， 验算压降比 S 和实际可调比 RS。 4. 2调节阀应用实例 某电厂 300MW 机组循环流化床半干法烟气脱 硫工程中， 相关参数和基本条件如下 BMCR 工况下降温水用量31 m3/h， 水泵供水量 46 m3/h， 雾化 水 喷 嘴 最 大 流 量36 m3/h， 最 小 流 量 3. 6 m3/h， 调节阀选择具有等百分比特性的 V 型调 节球阀。 调节阀口径计算如下 1 回 水 管 路 最大流 量为42. 4 m3/h， 最小流量 为10 m3/h。 2 选择管径 DN65， 管内最大 流速为3. 57 m/s 11. 71 ft/s 。 下转第 118 页 75 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 采用季节性肯达尔检验法对 7 个地表水水质监 测点 19932000 年的监测资料趋势分析显示 总硬 度和总氮有上升趋势; 溶解氧、 总隔和挥发酚有下降 趋势外， 其他评价项目变化趋势不明显。 通过对河流和底质的分析可以看出， 总体河流水 质较好， 个别指标出现一定的变化， 水质受到一定程 度的污染， 随着时间的推移， 河流底质也受到相应的 污染。针对这种情况， 提出水资源保护措施 1 工业污染控制措施。由于门头沟水环境容量 小， 要制定和落实好相应的政策措施， 调整工业布局， 优化产业结构， 从 根本 上 解 决 门 头 沟 结 构 性 污 染 问题。 2 农业污染控制措施。对于农村面源污染实行 科学、 合理、 平衡施肥方法， 提高氮肥利用率， 控制氮 肥用量， 推广和发展长效碳铵和以碳铵为主的化肥， 提倡施用农家肥， 减少氮的排放， 减轻水体富营养化 程度。 3 加强城镇污水处理设施建设。提出城镇污水 处理设施建设的措施、 规模和布局， 包括城镇污水处 理厂、 居民小区污水处理设施、 排污管网的改造等; 清 污分流、 导污以及入河排污口整治和严格控制设置排 污口等。 4 提高水环境容量和水体自净能力的工程措 施， 对于江河湖库等水域， 要加强管理、 科学调度， 提 高水体的水环境承载能力。 5 建立排污动态控制制度。由于水量的年际和 季节性特征， 导致了环境容量的不稳定性。季节性的 环境容量变化导致了季节性的水污染， 当然年际的水 量变化也会产生这个问题。因此， 根据环境容量的季 节性变化， 动态地控制入河排污量是十分必要的。 参考文献 ［1 ］ 杨玉峰. 门头沟， 为首都而修复生态 访北京市门头沟区区 长刘云广［J］ . 专访，2007 5 15- 16. ［2 ］ 付慧英， 刘慧生. 北京市门头沟区农村生活饮用水水质卫生调 查［J］ . 环境与健康杂志， 2009， 26 4 360. ［3 ］ 陆尚旭. 河池地区江河水质趋势分析及其污染防治对策［J］ . 广西水利水电， 1999 4 39- 42. ［4 ］ 张茹， 宓永宁， 郭海军. 柴河水库水质演变趋势分析［J］ . 人民 黄河， 2009 4 68- 69. 作者通信处安长生102300北京市门头沟区剧场东街 11 号区 环境监测站 2010 － 01 － 04 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 57 页 3 管 路 阻 损。直 管 段 长 度 为 35. 4 m， 压 损 为 100. 64 kPa， 阀门和管件当量长度为16. 51 m， 压损为 46. 91 kPa， 总压损为147. 55 kPa。 4 初步确定调节阀的压降。选取压降比 S 0. 3， 计算调节阀的压降 ΔPV 63. 23 kPa 9. 17 psi 。 5 计算流量系数 CV 61. 65。 6 查手册选用阀门口径 DN40， 开度90时流量系 数 CV 77. 3。 7重 新 核 算 压 降 比 S 0. 21，实 际 可 调 比 RS 13. 7。 按照如上方法计算和选用的调节阀， 在工程实际 应用中， 具有良好的控制效果， 能满足不同烟气负荷 下所需工艺水流量的调节要求。 参考文献 ［1 ］ 陆德民. 液体调节阀的压降估算和流量特性选择［J］ . 世界仪 表和自动化， 2002 2 32- 35. ［2 ］ 尤克强. 调节阀设计计算选型导则 二 ［J］ . 中国仪器仪表， 2000 2 33- 35. 作者通信处徐世利250014山东省济南市经十路 15982 号海 兰德大厦七层 E- mailzchxsl 163. com 2009 － 12 － 07 收稿 811 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期