關(guān)于鍋爐脫硫系統(tǒng)防寒防凍改造的研究

權(quán)娜娜 張瑋 江志宏

摘要：中核蘭州鈾濃縮有限公司（以下簡稱“蘭鈾公司”）鍋爐以煤炭為主要燃料，燃燒后的煙氣中含有SO2、SO3等硫化物，直接排放會(huì)造成大氣污染，脫硫系統(tǒng)可對煙氣進(jìn)行凈化，使其含硫量滿足工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。蘭鈾公司鍋爐以冬季運(yùn)行為主，而脫硫系統(tǒng)大部分管線及儀表均處于露天位置，當(dāng)冬季溫度長時(shí)間處于0℃以下時(shí)，常發(fā)生工藝管道凍結(jié)，造成脫硫系統(tǒng)故障，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致SO2超標(biāo)排放，鍋爐系統(tǒng)被迫停運(yùn)。為了解決以上問題，本論述提出為脫硫系統(tǒng)露天管道加裝電伴熱和保溫層的改造方案，以期對解決脫硫系統(tǒng)管道凍結(jié)的問題有所幫助。

關(guān)鍵詞：脫硫;凍結(jié);系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：X773文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

蘭鈾公司鍋爐以煤炭為主要燃料，燃燒后的煙氣中含有SO2、SO3等硫化物，直接排放會(huì)造成大氣污染。脫硫系統(tǒng)屬于鍋爐煙氣后處理系統(tǒng)，其作用是采用石灰石一石膏濕法脫硫消除煙氣中的SO2、SO3等硫化物，對煙氣進(jìn)行凈化，進(jìn)而滿足工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

我公司鍋爐以冬季運(yùn)行為主，脫硫系統(tǒng)大部分管線及儀表均處于露天位置。根據(jù)往年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)冬季溫度長時(shí)間處于O℃以下時(shí)，常發(fā)生工藝管道凍結(jié)、堵塞，造成脫硫系統(tǒng)設(shè)備故障、DCS儀表失準(zhǔn)、環(huán)保數(shù)據(jù)缺失的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致SO2超標(biāo)排放，鍋爐系統(tǒng)被迫停運(yùn)，生產(chǎn)系統(tǒng)供熱中斷。為了解決以上問題，本論述對蘭鈾公司鍋爐脫硫系統(tǒng)管道歷年問題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對目前國內(nèi)外工業(yè)管道通用的防凍方法進(jìn)行了比較，結(jié)合脫硫系統(tǒng)的現(xiàn)狀特點(diǎn)，最終選擇為脫硫露天管道加裝電伴熱和保溫層的改造方案，以改善脫硫系統(tǒng)冬季運(yùn)行期間管道凍結(jié)的現(xiàn)象，確保脫硫系統(tǒng)平穩(wěn)度冬，鍋爐系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行。

1理論分析

1.1現(xiàn)場描述

脫硫系統(tǒng)設(shè)備及管道大部分處于露天位置。從圖1脫硫塔位置示意圖可以看出，其獨(dú)特的布局在冬季會(huì)形成風(fēng)口，而風(fēng)口位置風(fēng)量大、風(fēng)速快。2014-2015年的冬季采暖期間，就曾發(fā)生供漿管道因凍結(jié)造成破裂的事件。2015年夏季停爐期間在1#脫硫塔北側(cè)和2#脫硫塔南側(cè)加蓋防風(fēng)墻，管道凍裂的現(xiàn)象有所緩解。但由于脫硫系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成型，脫硫塔高20.47m，管道死角、儀表取樣管、閥門處凍結(jié)的現(xiàn)象還是存在。當(dāng)管道、閥門或儀表取樣管凍結(jié)時(shí)，值班人員只能采取澆熱水的方法進(jìn)行解凍，來確保脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。管道低溫凍結(jié)不僅嚴(yán)重威脅鍋爐連續(xù)運(yùn)行，而且增加了運(yùn)行人員的工作量。為了有效解決脫硫系統(tǒng)室外管道凍結(jié)的問題，公司提出了為脫硫室外管道加裝防凍措施的方案。

1.2歷年問題統(tǒng)計(jì)

為了徹底解決脫硫系統(tǒng)室外管道凍結(jié)的問題，我公司組織人員對2015年至2018年工藝管道、關(guān)鍵閥門、關(guān)鍵儀表取樣管凍結(jié)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表1所列，并分析研究了事故發(fā)生的原因，針對關(guān)鍵部位制定了相應(yīng)的防凍技術(shù)要求。

2015年冬季脫硫系統(tǒng)曾發(fā)生管道和閥門凍裂事故，導(dǎo)致鍋爐停運(yùn)。為防止再次發(fā)生此類事故，2016年在1#脫硫塔左側(cè)和2#脫硫塔右側(cè)，加蓋了防風(fēng)墻，將脫硫塔下部及大部分管道圈起來，形成一個(gè)相對封閉的空間，使得脫硫塔所在位置的空氣流動(dòng)減慢，防止風(fēng)口的形成，阻止冷空氣在脫硫塔處匯聚（如圖2）。從表12016年以來的數(shù)據(jù)分析可以得出，管道及閥門凍裂的現(xiàn)象再未發(fā)生，關(guān)鍵部位凍結(jié)的現(xiàn)象有所減少，但依然存在。

2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)外工業(yè)管道最常用的防凍方法有：利用自來水溫絕熱防凍、利用供暖管道伴暖防凍、電伴熱防凍及加裝保溫層等?，F(xiàn)行有效的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中尚無一個(gè)系統(tǒng)完善的設(shè)備、管道防凝、防凍準(zhǔn)則，均需要結(jié)合現(xiàn)場每根管道和設(shè)備的實(shí)際情況，有選擇性地進(jìn)行防凍保溫的設(shè)計(jì)。

脫硫系統(tǒng)管道內(nèi)介質(zhì)可分為工藝水、石灰石漿液、石膏漿液三種，當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)流速較慢，戶外溫度過低時(shí)，管道內(nèi)介質(zhì)容易發(fā)生凍結(jié)。如果采用自來水溫絕熱防凍，當(dāng)溫度較低時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)依舊容易凍結(jié)，無法解決脫硫系統(tǒng)冬季管道凍結(jié)現(xiàn)象。另外，由于我公司鍋爐系統(tǒng)已經(jīng)投運(yùn)多年，脫硫系統(tǒng)管網(wǎng)已經(jīng)成型，增加供暖管網(wǎng)進(jìn)行保溫，不僅資金投人大，而且施工繁瑣，所以不建議采用供暖系統(tǒng)供回水管伴暖進(jìn)行防凍，并且脫硫塔高度約21m，為脫硫系統(tǒng)建造封閉式廠房資金投入大、施工較為困難，也不建議采用封閉式建筑物進(jìn)行防凍。電伴熱防凍和加裝保溫層是目前較為推薦的冬季管道防凍方法，使用較為干凈的電能作為源動(dòng)能，采用電伴熱帶防凍，根據(jù)熱能補(bǔ)償原理，管道損失多少熱量，電伴熱帶補(bǔ)償管道多少熱量，安裝時(shí)只要在管道上安裝一根電伴熱帶就能解決問題，不僅安裝方便、耗能穩(wěn)定，能達(dá)到持續(xù)防凍的目的，而且使用簡單，便于維護(hù)，適用于脫硫系統(tǒng)防凍改造。電伴熱帶安裝完畢后，為確保熱量匯集，避免熱量丟失，還需要在外表面加一層保溫層。另外，由于脫硫系統(tǒng)加裝保溫管道均處于室外，為確保電伴熱的工作效率和壽命，在保溫層外還應(yīng)加裝防水外罩。

3改造依據(jù)

為了徹底解決脫硫系統(tǒng)關(guān)鍵部位凍結(jié)的現(xiàn)象，本次改造對歷年容易凍結(jié)的漿液管道、工藝水管、儀表取樣管的型號(hào)和尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對關(guān)鍵閥門、溢流管、排空管及管道彎角等死角部位的施工提出了具體要求，防止凍結(jié)現(xiàn)象再次發(fā)生。

3.1漿液管道

（1）事故漿液返回泵與事故漿液箱之間的管道φ57：5m。

（2）石灰漿液泵與石灰漿液箱之間的管道φ76：4m。

（3）脫硫塔底部至脫硫塔中部溢流口處管道φ40：30m。

（4）事故漿液泵與石膏旋流器之間管道φ76：45m。

（5）回流管、溢流管φ40：78m。

3.2工藝水管

（1）工藝水管φ40：合計(jì)120m。

（2）除霧器沖洗水管φ57：合計(jì)30m。

3.3儀表取樣管

（1）密度計(jì)取樣管：φ8：2.5m。

（2）液位計(jì)取樣管：φ8：2.5m。

（3）PH計(jì)取樣管：φ8：6m。

4參數(shù)選擇

4.1設(shè)計(jì)條件

管道規(guī)格：φ76、φ57、φ40、φ8。

最低環(huán)境溫度：根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)最低溫度值取-17℃。

維持溫度：防凍，取5℃。

工作電壓：交流220V。

4.2計(jì)算及選型

常用電伴熱產(chǎn)品分為自限溫電伴熱和恒功率電伴熱。其中自限溫電伴熱最大的使用長度是100m，適用于溫度需求不高，且工業(yè)管線長度稍短的管線。恒功率電伴熱具有耐高溫的特點(diǎn)，適用于溫度要求較高、管線稍長的場合。針對脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀，自限溫電伴熱完全能夠滿足冬季管道防凍需求。

為了方便安裝及后期運(yùn)行維護(hù)，選用鍋爐系統(tǒng)通用品牌伴熱帶，采用具有阻燃絕緣層和外護(hù)套的型號(hào)產(chǎn)品，維持溫度5℃時(shí)，輸出功率約為10W/m，單向電源最大使用長度100m。根據(jù)管道散熱功率，計(jì)算得出管道與電熱帶的配比比例見表3所列。

5技術(shù)要求

為確保改造效果，對電伴熱安裝過程提出以下要求：

（1）遇管道上的散熱體（如支架、閥門、法蘭等），應(yīng)對散熱體纏繞電伴熱、加裝保溫層。

（2）電伴熱帶纏繞方式應(yīng)確保散熱體的拆除和檢修不受影響。

（3）平敷時(shí)盡可能將電伴熱帶附在管道的下45°側(cè)方。

（4）用壓敏膠帶每隔約50cm將電伴熱帶固定于管道上。

（5）每一線端應(yīng)預(yù)留1m電伴熱帶，以便將來維修使用。

（6）電伴熱帶配電系統(tǒng)應(yīng)具有過載、短路和漏電保護(hù)等安全防護(hù)功能。

（7）在絕熱層外應(yīng)加警示標(biāo)簽，注明“內(nèi)有電伴熱帶”的警示標(biāo)簽。

電伴熱帶安裝完畢后，為確保熱量匯集，避免熱量丟失，需要在外表面加一層厚度不小于30mm的橡塑海綿進(jìn)行保溫。另外，由于脫硫系統(tǒng)加裝保溫管道均處于室外，為確保電伴熱帶的工作效率和壽命，在保溫層外還應(yīng)加裝厚度不小于0.4mm鋁皮防水外罩。

6結(jié)論

本次改造預(yù)計(jì)將減少脫硫系統(tǒng)管道凍裂、儀表損壞現(xiàn)象的發(fā)生，杜絕因低溫管道凍結(jié)、儀表失靈引發(fā)SO2超標(biāo)事件的發(fā)生，降低環(huán)保處罰的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。由于脫硫塔高度的限制，北方地區(qū)脫硫系統(tǒng)大部分設(shè)備及管道均露天運(yùn)行，在設(shè)計(jì)過程中需充分考慮冬季的防凍問題，希望本論述能對脫硫系統(tǒng)的防凍設(shè)計(jì)提供一些借鑒。