火力发电厂脱硝工程氨水区储罐区消防系统设计

张崔灿

摘 要：我国大型火电厂采用氨水作为脱硝试剂越来越多，需要规范明确氨水危险等级，及《建筑设计防火规范》、《石油化工企业设计防火规范》、《水喷雾灭火系统技术规范》、《火力发电厂与变电站设计防火规范》、《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》对氨水消防设计的要求。

关键词：火电厂 氨水区 脱硝 消防设计

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

0 引言

目前火力发电厂脱硝技术脱硝试剂有液氨法脱硝、氨水法脱硝、尿素法脱硝，由于液氨属于乙类危险类别，属于重大危险源，储存起来危险性较大。现在越来越多的电厂选用氨水法脱硝。氨水区氨水储罐的火灾危险性分类宜安丙类液体。在《建筑设计防火规范》GB50016-2014中8.1.4中規定甲、乙、丙类液体储罐区内的储罐应设移动水枪或固定水冷却设施。但规范并没有规定喷淋水强度。所以为配合越来越多的电厂改造需要完善消防规范。

1 氨水的特性

氨水（NH?[aq]）常称为氢氧化铵，指氨气的水溶液，有强烈刺鼻气味，具弱碱性。氨水中，氨气分子发生微弱水解生成氢氧根离子及铵根离子。1M氨水的pH值为11.63，大约有0.42%的NH?变为NH4?。氨水是实验室中氨的常用来源。它可与含铜（II）离子的溶液作用生成深蓝色的配合物，也可用于配置银氨溶液等分析化学试剂。

2 氨水区消防系统设计标准

在《建筑设计防火规范》GB50016-2014中8.1.4中规定甲、乙、丙类液体储罐区内的储罐应设移动水枪或固定水冷却设施。没有明确什么固定水冷却设施及强度。只能参考液氨区消防系统标准进行设计。液氨区域水喷雾系统的水量计算主要依据《石油化工企业设计防火规范》中8.10.4规定，全压力式及半冷冻式液化烃储罐固定式消防冷却水系统的用水量计算应符合下列规定：着火罐冷却水供给强度不应小于9.00L/min·m 2，

3 火电厂氨水脱硝工程工艺流程

氨区指的是氨水卸料泵、氨水储罐、氨水计量/输送泵等；液氨被稀释制备成浓度为 20%的氨水。氨水在经氨水输送泵输送至计量模块之前，与稀释水模块输送过来的水混合，稀释为5%左右的氨水溶液。然后，经过分配装置的精确计量分配至每个喷枪，经喷枪喷入炉膛，进行脱硝反应。

4 以某电厂氨水区消防为例

某电厂装机容量为180万千瓦（1、2、3号机组），其中1、2号机组为60万千瓦亚临界机组，于2006年9月投产发电；3号机组为60万千瓦超临界机组，于2009年7月投入运行。2014年2月，公司1、2、3号机组铭牌增容获湖南省经济和信息化委员会批复，出力均由60万千瓦变更为65万千瓦，现机组总装机容量为195万千瓦。

某电厂3号机组于2009年7月投产发电，同步建设脱硝设施，3号机组脱硝因运行时间长达五年，于2014年5月份更换了一层催化剂，2015年5月更换了另一层催化剂。配置2台脱硝反应器，反应器的截面尺寸长×宽×高=11.1m×15.9m×12.76m，每台脱硝反应器设计成2+1层催化剂布置方式，其中上层为预留层。脱硝系统与锅炉同步投产，在常用煤质，负荷600MW下，锅炉NOx排放浓度基本在1200mg/m3左右。

随着国家对节能减排工作的不断深入，火力发电厂的烟气排放标准也相应随之提高。根据环境保护部和质检总局联合发布的新的国家排放标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求，火力发电锅炉烟尘、二氧化硫、氮氧化物最高允许排放浓度提高到30mg/m3、200 mg/m3、200 mg/m3。

2014年9月，国家发改委、环保部、国家能源局联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，文件要求到2020年东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。

根据湖南省发布的《湖南省煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》文件，某电厂将对二期3号机组进行超低排放改造。改造目标为烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别低于10 mg/m3（标态，干基，6%O2）（下同）、35 mg/m3、50 mg/m3。

本次脱硝系统改造结合电厂的实际情况，从燃煤电厂烟气污染物整体协同治理的角度出发，采用低氮燃烧改造+SNCR+SCR脱硝增容、增加烟气均流装置+增加两层喷淋层+塔外浆池、高效除尘除雾装置、引增合一、预留MGGH和湿式静电除尘器位置的技术路线。

（1）脱硝SNCR系统技术要求

采用的SNCR脱硝工艺技术，至少应必须包括氨水制备、储存及输送系统、除盐水系统、冷却水系统、计量混合系统、计量喷射系统、压缩空气系统、电气系统、仪表及自动控制系统、安全防护、防冻伴热系统等。原剂采用20%浓度氨水，储存在脱硝装置公用区域的氨水储罐。

（2）对于SNCR系统及氨喷射系统，其改造方案如下。

必须根据流场模拟试验，在锅炉上选择合适的喷枪数量和氨水喷射位置，氨水通过喷射器，直接在锅炉高温烟气中进行加热分解制氨。

（3）电厂氨水区布置及消防系统设计

平面布置图为：宽25米，长50米，高11米的半开放性的建筑。

室外消防系统：本次设计室外设置消火栓系统，消防水源来至原厂区消防水管网，室外消火栓设计流量为20L/S，采用两路接口形成环状消防管网。

自动喷水灭火系统：根据规范要求，在氨水制备区及氨水储罐区设置自动喷水灭火系统，本系统兼有吸收泄漏到空气中的氨气的作用。雨淋系统喷淋强度按中危险I级设计。防护区划分按氨水制备区为一个区，氨水储罐区为一个区。

火灾危险等级为中危险级Ⅱ级，设计喷水强度9.00L/min·m 2，所有喷头用DN25短管与主管连接。

灭火器布置：在氨区配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器和推车式干粉灭火器。灭火器配置点应结合现场实际情况确定。

5 电厂氨水区消防现状

目前火力发电厂脱硝工程利用氨水作为脱硝剂的比较少，消防系统可参考项目不多。提供脱硝模块厂家对自己设备危险等级定位不清晰，导致可利用规范及标准无法确定。《建筑设计防火规范》、《石油化工企业设计防火规范》、《水喷雾灭火系统技术规范》、《火力发电厂与变电站设计防火规范》、《力发电厂烟气脱硝设计技术规程》均未对氨水消防设计有明确规定。

6 建议

根据以上所述，需要对火力电厂脱硝工程液氨、氨水、尿素等消防标准重新进行修订。需专门明确《力发电厂烟气脱硝设计技术规程》中3种脱硝试剂储存及制备区消防标准的要求。设计人员有统一明确的设计依据。

参考文献

[1] DL5480-2013.火力发电厂烟气脱硝设计技术规程[S].2013.

[2] GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].2013.

[3] 张晶，火电厂烟气脱硝工程液氨储罐区消防设计[G]，北京，华电技术，2012，10，34（10）：12～13.

[4] GB50160-2008.石油化工企业设计防火规范[S].2009.