关于锅炉脱硫系统防寒防冻改造的研究

权娜娜 张玮 江志宏

摘要：中核兰州铀浓缩有限公司（以下简称“兰铀公司”）锅炉以煤炭为主要燃料，燃烧后的烟气中含有SO2、SO3等硫化物，直接排放会造成大气污染，脱硫系统可对烟气进行净化，使其含硫量满足工业排放标准。兰铀公司锅炉以冬季运行为主，而脱硫系统大部分管线及仪表均处于露天位置，当冬季温度长时间处于0℃以下时，常发生工艺管道冻结，造成脱硫系统故障，严重时甚至导致SO2超标排放，锅炉系统被迫停运。为了解决以上问题，本论述提出为脱硫系统露天管道加装电伴热和保温层的改造方案，以期对解决脱硫系统管道冻结的问题有所帮助。

关键词：脱硫;冻结;系统

中图分类号：X773文献标志码：A

0引言

兰铀公司锅炉以煤炭为主要燃料，燃烧后的烟气中含有SO2、SO3等硫化物，直接排放会造成大气污染。脱硫系统属于锅炉烟气后处理系统，其作用是采用石灰石一石膏湿法脱硫消除烟气中的SO2、SO3等硫化物，对烟气进行净化，进而满足工业排放标准。

我公司锅炉以冬季运行为主，脱硫系统大部分管线及仪表均处于露天位置。根据往年的运行经验，当冬季温度长时间处于O℃以下时，常发生工艺管道冻结、堵塞，造成脱硫系统设备故障、DCS仪表失准、环保数据缺失的现象，严重时甚至导致SO2超标排放，锅炉系统被迫停运，生产系统供热中断。为了解决以上问题，本论述对兰铀公司锅炉脱硫系统管道历年问题进行了统计分析，对目前国内外工业管道通用的防冻方法进行了比较，结合脱硫系统的现状特点，最终选择为脱硫露天管道加装电伴热和保温层的改造方案，以改善脱硫系统冬季运行期间管道凍结的现象，确保脱硫系统平稳度冬，锅炉系统连续、稳定、安全、高效运行。

1理论分析

1.1现场描述

脱硫系统设备及管道大部分处于露天位置。从图1脱硫塔位置示意图可以看出，其独特的布局在冬季会形成风口，而风口位置风量大、风速快。2014-2015年的冬季采暖期间，就曾发生供浆管道因冻结造成破裂的事件。2015年夏季停炉期间在1#脱硫塔北侧和2#脱硫塔南侧加盖防风墙，管道冻裂的现象有所缓解。但由于脱硫系统建设已经成型，脱硫塔高20.47m，管道死角、仪表取样管、阀门处冻结的现象还是存在。当管道、阀门或仪表取样管冻结时，值班人员只能采取浇热水的方法进行解冻，来确保脱硫系统正常运行。管道低温冻结不仅严重威胁锅炉连续运行，而且增加了运行人员的工作量。为了有效解决脱硫系统室外管道冻结的问题，公司提出了为脱硫室外管道加装防冻措施的方案。

1.2历年问题统计

为了彻底解决脱硫系统室外管道冻结的问题，我公司组织人员对2015年至2018年工艺管道、关键阀门、关键仪表取样管冻结情况进行了统计，见表1所列，并分析研究了事故发生的原因，针对关键部位制定了相应的防冻技术要求。

2015年冬季脱硫系统曾发生管道和阀门冻裂事故，导致锅炉停运。为防止再次发生此类事故，2016年在1#脱硫塔左侧和2#脱硫塔右侧，加盖了防风墙，将脱硫塔下部及大部分管道圈起来，形成一个相对封闭的空间，使得脱硫塔所在位置的空气流动减慢，防止风口的形成，阻止冷空气在脱硫塔处汇聚（如图2）。从表12016年以来的数据分析可以得出，管道及阀门冻裂的现象再未发生，关键部位冻结的现象有所减少，但依然存在。

2国内外现状及发展趋势

目前国内外工业管道最常用的防冻方法有：利用自来水温绝热防冻、利用供暖管道伴暖防冻、电伴热防冻及加装保温层等。现行有效的设计标准中尚无一个系统完善的设备、管道防凝、防冻准则，均需要结合现场每根管道和设备的实际情况，有选择性地进行防冻保温的设计。

脱硫系统管道内介质可分为工艺水、石灰石浆液、石膏浆液三种，当管道内介质流速较慢，户外温度过低时，管道内介质容易发生冻结。如果采用自来水温绝热防冻，当温度较低时，管内介质依旧容易冻结，无法解决脱硫系统冬季管道冻结现象。另外，由于我公司锅炉系统已经投运多年，脱硫系统管网已经成型，增加供暖管网进行保温，不仅资金投人大，而且施工繁琐，所以不建议采用供暖系统供回水管伴暖进行防冻，并且脱硫塔高度约21m，为脱硫系统建造封闭式厂房资金投入大、施工较为困难，也不建议采用封闭式建筑物进行防冻。电伴热防冻和加装保温层是目前较为推荐的冬季管道防冻方法，使用较为干净的电能作为源动能，采用电伴热带防冻，根据热能补偿原理，管道损失多少热量，电伴热带补偿管道多少热量，安装时只要在管道上安装一根电伴热带就能解决问题，不仅安装方便、耗能稳定，能达到持续防冻的目的，而且使用简单，便于维护，适用于脱硫系统防冻改造。电伴热带安装完毕后，为确保热量汇集，避免热量丢失，还需要在外表面加一层保温层。另外，由于脱硫系统加装保温管道均处于室外，为确保电伴热的工作效率和寿命，在保温层外还应加装防水外罩。

3改造依据

为了彻底解决脱硫系统关键部位冻结的现象，本次改造对历年容易冻结的浆液管道、工艺水管、仪表取样管的型号和尺寸进行了统计，并对关键阀门、溢流管、排空管及管道弯角等死角部位的施工提出了具体要求，防止冻结现象再次发生。

3.1浆液管道

（1）事故浆液返回泵与事故浆液箱之间的管道φ57：5m。

（2）石灰浆液泵与石灰浆液箱之间的管道φ76：4m。

（3）脱硫塔底部至脱硫塔中部溢流口处管道φ40：30m。

（4）事故浆液泵与石膏旋流器之间管道φ76：45m。

（5）回流管、溢流管φ40：78m。

3.2工艺水管

（1）工艺水管φ40：合计120m。

（2）除雾器冲洗水管φ57：合计30m。

3.3仪表取样管

（1）密度计取样管：φ8：2.5m。

（2）液位计取样管：φ8：2.5m。

（3）PH计取样管：φ8：6m。

4参数选择

4.1设计条件

管道规格：φ76、φ57、φ40、φ8。

最低环境温度：根据原设计要求，设计最低温度值取-17℃。

维持温度：防冻，取5℃。

工作电压：交流220V。

4.2计算及选型

常用电伴热产品分为自限温电伴热和恒功率电伴热。其中自限温电伴热最大的使用长度是100m，适用于温度需求不高，且工业管线长度稍短的管线。恒功率电伴热具有耐高温的特点，适用于温度要求较高、管線稍长的场合。针对脱硫系统现状，自限温电伴热完全能够满足冬季管道防冻需求。

为了方便安装及后期运行维护，选用锅炉系统通用品牌伴热带，采用具有阻燃绝缘层和外护套的型号产品，维持温度5℃时，输出功率约为10W/m，单向电源最大使用长度100m。根据管道散热功率，计算得出管道与电热带的配比比例见表3所列。

5技术要求

为确保改造效果，对电伴热安装过程提出以下要求：

（1）遇管道上的散热体（如支架、阀门、法兰等），应对散热体缠绕电伴热、加装保温层。

（2）电伴热带缠绕方式应确保散热体的拆除和检修不受影响。

（3）平敷时尽可能将电伴热带附在管道的下45°侧方。

（4）用压敏胶带每隔约50cm将电伴热带固定于管道上。

（5）每一线端应预留1m电伴热带，以便将来维修使用。

（6）电伴热带配电系统应具有过载、短路和漏电保护等安全防护功能。

（7）在绝热层外应加警示标签，注明“内有电伴热带”的警示标签。

电伴热带安装完毕后，为确保热量汇集，避免热量丢失，需要在外表面加一层厚度不小于30mm的橡塑海绵进行保温。另外，由于脱硫系统加装保温管道均处于室外，为确保电伴热带的工作效率和寿命，在保温层外还应加装厚度不小于0.4mm铝皮防水外罩。

6结论

本次改造预计将减少脱硫系统管道冻裂、仪表损坏现象的发生，杜绝因低温管道冻结、仪表失灵引发SO2超标事件的发生，降低环保处罚的风险，进而降低生产成本，提高生产效率。由于脱硫塔高度的限制，北方地区脱硫系统大部分设备及管道均露天运行，在设计过程中需充分考虑冬季的防冻问题，希望本论述能对脱硫系统的防冻设计提供一些借鉴。