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煙囪施工

關于四新技術“煙塔合一”的探討

文章來源:宏亞高空時間:2019-05-09
 大唐哈爾濱第一熱電廠新建工程廠址位于哈爾濱市群力新區。電廠一期裝機容量為2×300MW的供熱機組,規劃容量為4×300MW。本工程設計煤種為低硫煙煤,設有脫硝、濕法脫硫裝置。
  由于本項目的廠址在機場的限高區域內,限制高度為105m,采用這一高度的煙囪難以滿足環保要求。根據國外的實踐經驗,如果采用冷卻塔排放煙氣(即煙塔合一),將有利于煙氣的抬升和污染物擴散。由黑龍江省電力勘察設計研究院設計的大唐哈爾濱第一熱電廠新建工程項目,在黑龍江省首次采用“煙塔合一”先進技術,將煙囪和冷卻塔合二為一,取消獨立煙囪,同步建設脫硝、無旁路脫硫裝置,采用濕法煙氣脫硫工藝,利用冷卻塔排放煙氣,將鍋爐煙氣經脫硝、除塵、脫硫后由自然通風冷卻塔排放到大氣中,冷卻塔既有原有的散熱功能,又替代煙囪排放脫硝、除塵、脫硫后的潔凈煙氣,這樣可充分利用冷卻塔內巨大的熱空氣能量,將通過煙道排放的濕煙氣進行抬升并排放,從而提高周邊環境質量,提高能源利用率。
  1 煙塔合一技術依據及特點
  1.1技術依據
  大唐哈爾濱第一熱電廠2×300MW工程1#、2#排煙冷卻塔工程設計2座,冷卻塔高105m,底部直徑為77m,出口直徑為46.8m,其淋水面積為3850m2,塔內玻璃鋼煙道水平段長48m,垂直段長7.8m,直徑5.1m,重量61t。煙塔的基本結構包括煙塔本體、煙道、塔芯填料等。煙塔構件包括塔殼、殼支柱、環基、樁基、進水管道、塔內豎并管道、布水槽、冷卻水池、冷卻水出口等。
  由于采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝,煙氣經石灰石(濕法)脫硫后,煙溫一般在50℃左右,50℃的煙氣與室外空氣密度差較小,煙囪壁散熱導致的煙氣溫降(煙囪非雙曲線形),其流動特性不及冷卻塔,加上氣候變化的影響,致使經脫硫后50℃的煙氣很難通過煙囪排放。若采用煙囪排放須增加回轉式GGH,對煙氣進行加熱,溫度達到SO2的露點溫度(72℃)以上,這樣會導致系統復雜,初投資及運行?M用增加,冷卻塔具有一定高度,比煙囪的表面積大許多,而且采用冷卻塔排煙則無須對煙氣進行加熱,不用GGH,還可以合并鍋爐引風機和脫硫增壓風機,降低電廠建設費用,有利于降低發電成本。二是由于廠址位于哈爾濱市區,距太平國際機場約為17km,處于航線凈空區范圍內,對附近構筑物的高度有限制。采用煙塔合一技術可有效避開航空影響。三是冷卻塔內、外排煙煙道采用抗腐蝕的玻璃鋼材料,無需采用額外的防腐措施。四是充分利用冷卻塔的巨大能量,對除塵、脫硫后的濕煙氣進行有效抬升,促進凈煙氣中未脫除污染的擴散,降低其落地濃度,進而提高排煙效率,減少環境污染。
  1.2排煙冷卻塔設計
  排煙冷卻塔設計為煙塔合一技術核心,要求冷卻塔在保證正常汽輪機循環冷卻水冷卻的情況下,使排入的脫硫凈煙氣達到環保要求排放,其關鍵技術為冷卻塔線形及尺寸、冷卻塔強度(開孔技術)、冷卻塔防腐和汽輪機循環冷卻水冷卻幾個方面。
  GEA公司設計的冷卻塔煙氣通過煙道上的喇叭口直接排放至冷卻塔內,并與冷卻塔中的水氣混合后通過冷卻塔出口排入大氣中。排煙冷卻塔布置剖面圖如圖所示。
  1.3 冷卻塔的防腐
  本期工程煙塔防腐工程包括風筒內表面喉部以上、風筒內表面喉部以下(含人字柱)、風筒外表面、豎井、水池、水槽等總面積2×49500m2。采用德國固斯特建筑化工集團生產的具有耐溫、防腐性能的水泥基滲透結晶防腐材料。根據抗酸腐蝕的水泥基類材料對火電廠煙塔合一結構進行防腐處理在聯邦德國成功地投入使用這一事實,經過專家的反復論證,我廠選用德國固斯特建筑化工集團的水泥基滲透結晶結構性防腐防護方案。全部產品為德國原裝進口。
  斯特煙塔結構礦物質基滲透結晶防腐防護方案的特點在于:材料除了滿足煙塔合一結構運行工況要求的具有良好的耐水、耐溫、耐化學介質、耐沖刷、耐老化等指標外,不僅與混凝土的理化特性接近,而且二者能夠通過理化反應完全融為一體。因此固斯特材料最大特點是用無機的材料來保護無機的混凝土基體,就材料理論講,固斯特水泥基滲透結晶防腐防護體系與混凝土結構同壽命。這是國內目前所有其他防腐材料所不具備的一大優勢。
  1.4 冷卻塔防凍措施
  冷卻塔考慮采取如下防凍措施:
  1.4.1冷卻塔采用閘板門控制的1點配水系統,采用內、外圈分區配水的方式,通過閘板門控制內外圈配水,冬季運行時可停止內圈供水,全塔冷卻水全部進入外圈,增加外圈淋水密度,從而達到防止結冰的目的。
  1.4.2在冷卻塔進風口設置玻璃鋼擋風板,這是防止冷空氣侵入塔內,免除淋水裝置結冰的一種行之有效的重要措施。
  1.4.3在冷卻塔水池設旁路管,循環水回水可經過旁路管直接進入水塔水池。
  1.4.4在兩塔之間設置聯絡管和閥門,冬季如1臺機組停運,為防止長時間停運造成冷卻塔水池結冰,可打開聯絡管上的閥門,使運行機組的部分熱水進入停運冷卻塔水池,達到防凍目的。
  以上防凍措施可以根據氣候條件、冷卻塔內結冰情況,單獨或幾種結合運用,以取得最佳效果。
  1.5 煙道連接
  排煙裝置采用豎直管口向上排放,為保證脫硫凈煙氣垂直向上,原則上豎直向上出口設計高度為煙道直徑的1.5倍。
  煙道支撐結構:煙道重量不能作用在冷卻塔壁上,必須由塔外鋼架及塔內立柱支撐,設計有膨脹節。煙道與冷卻塔之間設置有帆布密封,煙道重量不作用在冷卻塔壁上,而是由塔外鋼架及塔內立柱支撐。
  煙道的材質:冷卻塔煙道材質均為玻璃鋼(FRP),耐溫極限為68℃。     1.6煙道的結構
  玻璃鋼煙道直徑應??5.1m。
  關于玻璃鋼煙道的結構設計,大唐哈爾濱第一熱電廠對煙塔合一排煙冷卻塔設計中進行過專門的試驗研究,對玻璃鋼煙道的材料性能有了準確地掌握;同時與武漢理工大學共同配合進行了玻璃鋼煙道的結構計算研究,能夠為工程提供準確合理的設計數據。初步確定本工程玻璃鋼煙道的結構總厚度為30mm。玻璃鋼煙道的結構分層示意見下圖1:
  為保證玻璃鋼煙道的穩定性,煙道上還需設置環向加勁肋,具體做法可根據施工圖設計時確定。
  1.7煙道支架
  共設3個煙道支架,均為固定支架,支架采用鋼結構,其基礎采用鋼筋混凝土基礎,地基處理用Φ800鋼筋混凝土灌注樁,樁長40m左右,樁端持力層為⑧粗砂層,1個固定支架下約24根樁,1個滑動支架下約12根樁。由于缺少鋼支架下的地質剖面圖,上述地基處理方案僅為初步估計。
  2 環保部分
  審定的環保相關要求,根據《大唐哈爾濱第一熱電廠2×300MW新建工程環境影響報告書》,環評時采用的煙塔設計參數為:冷卻塔出口直徑47.0m,冷卻塔高度105m,夏季煙氣排放速度3.2m/s,煙氣溫度39.5℃(冬季煙氣排放速度3.6m/s,煙氣溫度36.4℃),煙氣含液態水量0.003。
  3 典型運行工況及環評初步結論
  在正常運行工況條件下,采用冷卻塔排放煙氣技術是可行的。但對于供熱機組,當進入采暖期時,根據國外公司的經驗,當循環水水量不小于總量的50%、熱負荷不小于30%時采用冷卻塔排煙對煙氣的抬升高度不產生影響,與正常運行工況基本相同。
  冬季最大供熱工況時,冷卻塔循環水量、熱負荷分別為正常工況的69.34%、64.69%。根據中國環境科學研究院環評初步分析結論,污染物排放滿足環保標準要求。
  4 需要進一步研究的問題
  4.1對玻璃鋼煙道加配完成后的由于煙道存放時水平存放時間過長,煙道容易發生自然下墜至圓度超標。
  4.2無旁路脫硫系統在供熱機組上應用的安全可靠性有待于進一步驗證。 
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