半干法煙氣脫硫系統(tǒng)中噴水調(diào)節(jié)閥的控制及選型

　　循環(huán)流化床(CFB-FGD)半干法煙氣脫硫技術(shù)在燃煤發(fā)電機(jī)組和垃圾焚燒等工程的煙氣凈化中已廣泛應(yīng)用，該技術(shù)具有工藝流程簡單、占地面積小、一次投資少、脫硫效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、控制簡單、負(fù)荷適應(yīng)性好、單塔處理能力大等諸多優(yōu)點(diǎn)，更由于其耗水量低，不產(chǎn)生二次污染，特別適合于煙氣含硫量低的中小機(jī)組和缺水地區(qū)。

1、噴水量對脫硫系統(tǒng)的影響

　　脫硫吸收塔內(nèi)的煙氣溫度控制是CFB-FGD半干法工藝控制的三個主要回路之一。為了使消石灰和SO2處于最佳的反應(yīng)狀態(tài)，提高SO2的吸收反應(yīng)效率，需要向吸收塔內(nèi)噴入適量的工藝水，降低并穩(wěn)定煙氣溫度。

　　在其他條件一定的情況下，系統(tǒng)的脫硫率隨噴水量的增加而提高。當(dāng)噴水量較小時，工藝水很快被蒸發(fā)，來不及在吸收劑表面形成液膜，噴水對脫硫效率的影響不大。而隨著噴水量增大，煙氣溫度進(jìn)一步降低，工藝水蒸發(fā)時間延長，粘附在吸收劑表面形成一定厚度的穩(wěn)定液膜，使消石灰和SO2的反應(yīng)成為快速的離子反應(yīng)，從而提高脫硫效率。因此，煙氣溫度越接近其露點(diǎn)溫度，消石灰和SO2反應(yīng)的效果越好。但若煙氣溫度過低，脫硫灰的流動性下降，容易造成系統(tǒng)粘壁阻塞和結(jié)露，同時也不利于除塵器清灰。另外，煙氣溫度過低，煙氣抽吸力小，不易上升，不利于煙氣排放。因此，需要精確控制進(jìn)入吸收塔內(nèi)的工藝水量，使吸收塔出口的煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度形成溫差并保持穩(wěn)定，這樣既可保證脫硫效率，又可保證整個系統(tǒng)安全運(yùn)行，防止下游設(shè)備被腐蝕。

2、噴水調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用及控制

　　工藝水系統(tǒng)包括水箱、高壓水泵、供水氣動開關(guān)閥、霧化水噴嘴、回水氣動調(diào)節(jié)閥和氣動開關(guān)閥、流量儀表等組成。工藝水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 工藝水系統(tǒng)示意

　　工藝水噴水調(diào)節(jié)閥裝在回水管路上，同時在工藝水泵出口母管和回水管路上設(shè)有流量檢測信號，二者之差值即為進(jìn)入吸收塔的實(shí)際噴水量。由于工藝水泵出口母管流量相對穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)回流水量，即可調(diào)節(jié)進(jìn)入吸收塔的噴水量，使吸收塔出口煙氣溫度保持穩(wěn)定。

　　噴水調(diào)節(jié)閥的開度主要受吸收塔出口溫度的控制，吸收塔的出口設(shè)有三個溫度測量信號，并進(jìn)行三取二計(jì)算，選擇最佳溫度作為控制信號。當(dāng)循環(huán)流化床已經(jīng)建立，吸收塔床層壓降達(dá)到一個穩(wěn)定值時，即可啟動工藝水系統(tǒng)，此時吸收塔出口煙氣溫度目標(biāo)值設(shè)定為高于露點(diǎn)30℃左右，噴水調(diào)節(jié)閥打開至全開位，并切換至自動控制模式。隨著噴水調(diào)節(jié)閥的開度逐漸減小，霧化水量逐漸增加，最終吸收塔出口煙氣溫度降至設(shè)定值附近。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時，調(diào)節(jié)閥的開度最小，并根據(jù)吸收塔出口煙氣溫度的變化自動調(diào)節(jié)。吸收塔床層壓降低于設(shè)定值或脫硫系統(tǒng)停止運(yùn)行時，工藝水系統(tǒng)隨之停止運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

3、噴水調(diào)節(jié)閥的選擇

　　由于正常工況下，調(diào)節(jié)閥長時間在相對較小的開度下工作，因此，需要選擇適當(dāng)?shù)拈y門類型和口徑，為系統(tǒng)提供一個比較線性的安裝流量特性，減小閥門的增益，降低過程偏差度。

　　常用控制閥的理想流量特性有線性流量特性、等百分比流量特性和快開流量特性。

　　控制閥與管路串聯(lián)安裝后，其理想流量特性會發(fā)生畸變，畸變的程度與系統(tǒng)的壓降比S有關(guān)。壓降比S<0.25時，線性流量特性演變?yōu)榻�似快開流量特性，等百分比流量特性演變?yōu)榻�似線性流量特性。因此從壓降比S對流量特性的選擇可參照：S>0.25～1時，宜選用線性流量特性閥;S<0.25時，宜選用等百分比流量特性閥。

　　等百分比流量特性是指控制閥單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系，其增益與流量成正比。等百分比流量特性控制閥在不同的行程處，如果相對行程變化相同，其相對流量的變化百分比也相同。

　　優(yōu)先選用等百分比特性控制閥的場合為：

　　1)實(shí)際可調(diào)范圍大。

　　2)開度變化，閥上差壓變化相對較大。

　　3)管道系統(tǒng)壓力損失大。

　　4)工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動。

　　5)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開度下運(yùn)行。

　　按半干法脫硫工藝控制流程的要求，在工藝水系統(tǒng)啟動時，要求調(diào)節(jié)閥開度大，流量變化也大，且調(diào)節(jié)較靈敏;穩(wěn)定運(yùn)行時，閥門開度小，流量變化小，調(diào)節(jié)較平緩。可見噴水調(diào)節(jié)閥的特性要求與上述理想流量特性為等百分比的調(diào)節(jié)閥相吻合，因此，工藝回水管路上適宜選用等百分比的調(diào)節(jié)閥。

4、噴水調(diào)節(jié)閥口徑的計(jì)算

4.1、調(diào)節(jié)閥口徑的計(jì)算和選擇

　　1)確定計(jì)算流量Q。調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算的流量，應(yīng)是系統(tǒng)管路工作的最大流量Qmax，就是調(diào)節(jié)閥最大開度時的流量Q100。由工藝的物料平衡計(jì)算結(jié)果，綜合考慮后確定。

　　2)按規(guī)范和工藝要求選擇管內(nèi)流速，確定管徑。

　　3)估算管路的阻損ΔP1。管路的阻損為除調(diào)節(jié)閥以外的所有直管段、彎頭、變徑、手動閥門、節(jié)流裝置等的阻力壓降之和。

　　4)按管路系統(tǒng)的壓降比S確定調(diào)節(jié)閥的壓降ΔPV：

　　5)按調(diào)節(jié)閥的壓降ΔPV和流量Q計(jì)算流量系數(shù)CV：

　　其中，G為流體的相對密度。

　　6)根據(jù)CV值查閱廠家資料選擇閥門口徑。

　　7)按所選閥門流量系數(shù)CV重新計(jì)算壓降ΔPV，驗(yàn)算壓降比S和實(shí)際可調(diào)比RS。

4.2、調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實(shí)例

　　某電廠300MW機(jī)組循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工程中，相關(guān)參數(shù)和基本條件如下：

　　BMCR工況下降溫水用量31m3/h，水泵供水量46m3/h，霧化水噴嘴最大流量36m3/h，最小流量3.6m3/h，調(diào)節(jié)閥選擇具有等百分比特性的V型調(diào)節(jié)球閥。

　　調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算如下：

　　1)回水管路最大流量為42.4m3/h，最小流量為10m3/h。

　　2)選擇管徑DN65，管內(nèi)最大流速為3.57m/s(11.71ft/s)。

　　3)管路阻損。直管段長度為35.4m，壓損為100.64kPa，閥門和管件當(dāng)量長度為16.51m，壓損為46.91kPa，總壓損為147.55kPa。

　　4)初步確定調(diào)節(jié)閥的壓降。選取壓降比S=0.3，計(jì)算調(diào)節(jié)閥的壓降ΔPV=63.23kPa(9.17psi)。

　　5)計(jì)算流量系數(shù)CV=61.65。

　　6)查手冊選用閥門口徑DN40，開度90°時流量系數(shù)CV=77.3。

　　7)重新核算壓降比S=0.21，實(shí)際可調(diào)比RS=13.7。

　　按照如上方法計(jì)算和選用的調(diào)節(jié)閥，在工程實(shí)際應(yīng)用中，具有良好的控制效果，能滿足不同煙氣負(fù)荷下所需工藝水流量的調(diào)節(jié)要求。