喷水调节阀在半干烟气脱硫系统中的控制和选择

0 引言

循环流化床（CFB-FGD）半干烟气脱硫技术已广泛应用于燃煤发电机组和垃圾焚烧工程的烟气净化。该技术具有工艺流程简单、占地面积小、一次性投资少、脱硫效率高、运行成本低、控制简单、负荷适应性好、单塔处理能力大等优点。特别适用于烟气含硫量低的中小机组和缺水区。

1 喷水量对脱硫系统的影响

脱硫吸收塔烟气温度控制为CFB-FGD半干法工艺控制的三大回路之一。消除石灰和SO2处于最佳反应状态，改善SO吸收反应效率，需要在吸收塔内喷入适量的工艺水，以降低和稳定烟气温度。

在其他情况下，系统的脱硫率随着喷水量的增加而增加。当喷水量较小时，工艺水迅速蒸发，在吸收剂表面形成液体膜太晚，对脱硫效率影响不大。随着喷水量的增加，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体膜，消除石灰和SO₂为了提高脱硫效率，反应变成了快速的离子反应。因此，烟气温度越接近其露点温度，消除石灰和SO₂反应越好。但如果烟气温度过低，脱硫灰的流动性降低，容易造成系统粘壁堵塞和冷凝，不利于除尘器的除尘。此外，烟气温度过低，烟气吸力小，不易上升，不利于烟气排放。因此，需要准确控制进入吸收塔的工艺水量，使吸收塔出口的烟气温度高于露点温度，形成温差，保持稳定，既能保证脱硫效率，又能保证整个系统的安全运行，防止下游设备腐蚀。

2 喷水调节阀的应用及控制

工艺水系统由水箱、高压水泵、供水气动开关阀、雾化喷嘴、回水气动调节阀、气动开关阀、流量仪表等组成。工艺水系统如图1所示。

图1

工艺喷水调节阀安装在回水管道上，工艺泵出口母管和回水管道上设有流量检测信号。两者之间的差异是进入吸收塔的实际喷水量。由于工艺泵出口母管流量相对稳定，进入吸收塔的喷水量可以通过调节回流量来调节，从而保持吸收塔出口烟气温度的稳定。

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，切换至自动控制模式。随着喷水调节阀开度的逐渐降低，雾化水量逐渐增加，吸收塔出口烟气温度最终降至设定值附近。当系统运行稳定时，调节阀开度最小，并根据吸收塔出口烟气温度的变化自动调节。当吸收塔床层压降低于设定值或脱硫系统停止运行时，工艺水系统停止运行，调节阀关闭。

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选择3 喷水调节阀

由于调节阀在正常工小的开度下工作时间较长，需要选择合适的阀门类型和直径，为系统提供更线性的安装流量特性，减少阀门，减少工艺偏差。

常用控制阀的理想流量特性有线性流量特性，如百分比流量特性和快开流量特性。

控制阀与管道串联安装后，其理想的流量特性会发生变化，变化程度与系统的压降比S有关压降比S<0.25时，线性流量特性演变为近似快开流量特性，等百分比流量特性演变为近似线性流量特性。因此，从压降比开始S流量特性的选择可参考：S>0.25~1时，应选择线性流量特性阀；S<0.25时，应选择等百分比流量特性阀。

等百分比流量特性是指控制阀单位相对行程变化引起的相对流量变化与相对流量成正比，其增益与流量成正比。等百分比流量特性控制阀在不同行程中相同，相对流量相同。

等百分比特性控制阀优先：

1)实际可调范围大。

2)开度变化，阀上差压变化较大。

3)管道系统压力损失大。

4)工艺系统负荷波动较大。

5)调节阀经常在小开度下运行。

根据半干脱硫工艺控制工艺的要求，工艺水系统启动时，调节阀开度大，流量变化大，调节灵敏；运行稳定时，阀门开度小，流量变化小，调节温和。可以看出，喷水调节阀的特性要求与上述理想流量特性等百分比的调节阀一致。因此，在工艺回水管道上适合选择等百分比的调节阀。

4 喷水调节阀口径的计算

4.计算和选择1 调节阀口径

1)确定计算流量Q。调节阀口径计算的流量应为系统管道工作的最大流量Qmax，调节阀最大开度时的流量Q100.综合考虑后确定工艺材料平衡计算结果。

2)根据规范和工艺要求选择管道内速，确定管径。

3)估计管道的阻损ΔP1.除调节阀外，所有直管段、弯头、变径、手动阀、节流装置等的阻力压降之和。

4)根据管道系统的压降比S确定调节阀的压降ΔP_V：

5)按调节阀压降ΔPV和流量Q计算流量系数C_V：

其中，G流体的相对密度。

6）根据CV查阅厂家数据，选择阀门口径。

7)根据所选阀门的流量系数CV重新计算压降ΔP_V，验算压降比S与实际可调比R_S。

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4.2 调节阀应用实例

某电厂300MW在机组循环流化床半干烟气脱硫工程中，相关参数和基本条件如下：

BMCR降温用水量31m³/h，水泵供水量46m³/h，雾化喷嘴最大流量36m³/h，最小流量3.6m³/h，选择具有等百分比特性的调节阀V调调球阀。

调节阀口径计算如下：

1)回水管道最大流量为42.4m³/h，最小流量为10m³/h。

2）选择管径DN65，管内最大流速为3.57m/s（11.71ft/s）。

3)管道堵塞。直管段长度为35.4m，压损为100.64kPa，阀门和管件的当量长度为16.51m，压损为46.91kPa，总压损为147.55kPa。

4)初步确定调节阀的压降。选择压降比S=0.3.计算调节阀的压降ΔP_V=63.23kPa（9.17psi）。

5)计算流量系数C_V=61.65。

6)检查手册选择阀门口径DN40，开度90°时流量系数C_V=77.3。

7)重新计算压降比S=0.21、实际可调比R_S=13.7。

根据上述方法计算和选择的调节阀在实际工程应用中具有良好的控制效果，可满足不同烟气负荷下工艺流量的调节要求。