關(guān)于四新技術(shù)“煙塔合一”的探討

郝俊峰

[摘 要]本文通過四新技術(shù)“煙塔合一”在火電廠生產(chǎn)中起到的積極作用，提出該技術(shù)極適應(yīng)今后火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程。然后進(jìn)一步探討如何再加以改進(jìn)，以適應(yīng)火電廠在節(jié)能環(huán)保發(fā)展上的需求。

[關(guān)鍵詞]四新技術(shù)；煙塔合一；發(fā)展需求

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(qū)。電廠一期裝機(jī)容量為2×300MW的供熱機(jī)組，規(guī)劃容量為4×300MW。本工程設(shè)計(jì)煤種為低硫煙煤，設(shè)有脫硝、濕法脫硫裝置。

由于本項(xiàng)目的廠址在機(jī)場的限高區(qū)域內(nèi)，限制高度為105m，采用這一高度的煙囪難以滿足環(huán)保要求。根據(jù)國外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(kuò)散。由黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的大唐哈爾濱第一熱電廠新建工程項(xiàng)目，在黑龍江省首次采用“煙塔合一”先進(jìn)技術(shù)，將煙囪和冷卻塔合二為一，取消獨(dú)立煙囪，同步建設(shè)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(jīng)脫硝、除塵、脫硫后由自然通風(fēng)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(nèi)巨大的熱空氣能量，將通過煙道排放的濕煙氣進(jìn)行抬升并排放，從而提高周邊環(huán)境質(zhì)量，提高能源利用率。

1 煙塔合一技術(shù)依據(jù)及特點(diǎn)

1.1技術(shù)依據(jù)

大唐哈爾濱第一熱電廠2×300MW工程1#、2#排煙冷卻塔工程設(shè)計(jì)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(nèi)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(jié)構(gòu)包括煙塔本體、煙道、塔芯填料等。煙塔構(gòu)件包括塔殼、殼支柱、環(huán)基、樁基、進(jìn)水管道、塔內(nèi)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(jīng)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(dǎo)致的煙氣溫降（煙囪非雙曲線形），其流動(dòng)特性不及冷卻塔，加上氣候變化的影響，致使經(jīng)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(zhuǎn)式GGH，對煙氣進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到SO2的露點(diǎn)溫度（72℃）以上，這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，初投資及運(yùn)行費(fèi)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(jìn)行加熱，不用GGH，還可以合并鍋爐引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)，降低電廠建設(shè)費(fèi)用，有利于降低發(fā)電成本。二是由于廠址位于哈爾濱市區(qū)，距太平國際機(jī)場約為17km，處于航線凈空區(qū)范圍內(nèi)，對附近構(gòu)筑物的高度有限制。采用煙塔合一技術(shù)可有效避開航空影響。三是冷卻塔內(nèi)、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(jìn)行有效抬升，促進(jìn)凈煙氣中未脫除污染的擴(kuò)散，降低其落地濃度，進(jìn)而提高排煙效率，減少環(huán)境污染。

1.2排煙冷卻塔設(shè)計(jì)

排煙冷卻塔設(shè)計(jì)為煙塔合一技術(shù)核心，要求冷卻塔在保證正常汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水冷卻的情況下，使排入的脫硫凈煙氣達(dá)到環(huán)保要求排放，其關(guān)鍵技術(shù)為冷卻塔線形及尺寸、冷卻塔強(qiáng)度（開孔技術(shù)）、冷卻塔防腐和汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水冷卻幾個(gè)方面。

GEA公司設(shè)計(jì)的冷卻塔煙氣通過煙道上的喇叭口直接排放至冷卻塔內(nèi)，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(fēng)筒內(nèi)表面喉部以上、風(fēng)筒內(nèi)表面喉部以下（含人字柱）、風(fēng)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(tuán)生產(chǎn)的具有耐溫、防腐性能的水泥基滲透結(jié)晶防腐材料。根據(jù)抗酸腐蝕的水泥基類材料對火電廠煙塔合一結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理在聯(lián)邦德國成功地投入使用這一事實(shí)，經(jīng)過專家的反復(fù)論證，我廠選用德國固斯特建筑化工集團(tuán)的水泥基滲透結(jié)晶結(jié)構(gòu)性防腐防護(hù)方案。全部產(chǎn)品為德國原裝進(jìn)口。

斯特?zé)熕Y(jié)構(gòu)礦物質(zhì)基滲透結(jié)晶防腐防護(hù)方案的特點(diǎn)在于：材料除了滿足煙塔合一結(jié)構(gòu)運(yùn)行工況要求的具有良好的耐水、耐溫、耐化學(xué)介質(zhì)、耐沖刷、耐老化等指標(biāo)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(yīng)完全融為一體。因此固斯特材料最大特點(diǎn)是用無機(jī)的材料來保護(hù)無機(jī)的混凝土基體，就材料理論講，固斯特水泥基滲透結(jié)晶防腐防護(hù)體系與混凝土結(jié)構(gòu)同壽命。這是國內(nèi)目前所有其他防腐材料所不具備的一大優(yōu)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(diǎn)配水系統(tǒng)，采用內(nèi)、外圈分區(qū)配水的方式，通過閘板門控制內(nèi)外圈配水，冬季運(yùn)行時(shí)可停止內(nèi)圈供水，全塔冷卻水全部進(jìn)入外圈，增加外圈淋水密度，從而達(dá)到防止結(jié)冰的目的。

1.4.2在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口設(shè)置玻璃鋼擋風(fēng)板，這是防止冷空氣侵入塔內(nèi)，免除淋水裝置結(jié)冰的一種行之有效的重要措施。

1.4.3在冷卻塔水池設(shè)旁路管，循環(huán)水回水可經(jīng)過旁路管直接進(jìn)入水塔水池。

1.4.4在兩塔之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)管和閥門，冬季如1臺(tái)機(jī)組停運(yùn)，為防止長時(shí)間停運(yùn)造成冷卻塔水池結(jié)冰，可打開聯(lián)絡(luò)管上的閥門，使運(yùn)行機(jī)組的部分熱水進(jìn)入停運(yùn)冷卻塔水池，達(dá)到防凍目的。

以上防凍措施可以根據(jù)氣候條件、冷卻塔內(nèi)結(jié)冰情況，單獨(dú)或幾種結(jié)合運(yùn)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(shè)計(jì)高度為煙道直徑的1.5倍。

煙道支撐結(jié)構(gòu)：煙道重量不能作用在冷卻塔壁上，必須由塔外鋼架及塔內(nèi)立柱支撐，設(shè)計(jì)有膨脹節(jié)。煙道與冷卻塔之間設(shè)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(nèi)立柱支撐。

煙道的材質(zhì)：冷卻塔煙道材質(zhì)均為玻璃鋼（FRP），耐溫極限為68℃。

1.6煙道的結(jié)構(gòu)

玻璃鋼煙道直徑應(yīng)為5.1m。

關(guān)于玻璃鋼煙道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大唐哈爾濱第一熱電廠對煙塔合一排煙冷卻塔設(shè)計(jì)中進(jìn)行過專門的試驗(yàn)研究，對玻璃鋼煙道的材料性能有了準(zhǔn)確地掌握；同時(shí)與武漢理工大學(xué)共同配合進(jìn)行了玻璃鋼煙道的結(jié)構(gòu)計(jì)算研究，能夠?yàn)楣こ烫峁?zhǔn)確合理的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。初步確定本工程玻璃鋼煙道的結(jié)構(gòu)總厚度為30mm。玻璃鋼煙道的結(jié)構(gòu)分層示意見下圖1：

為保證玻璃鋼煙道的穩(wěn)定性，煙道上還需設(shè)置環(huán)向加勁肋，具體做法可根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)時(shí)確定。

1.7煙道支架

共設(shè)3個(gè)煙道支架，均為固定支架，支架采用鋼結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，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(gè)固定支架下約24根樁，1個(gè)滑動(dòng)支架下約12根樁。由于缺少鋼支架下的地質(zhì)剖面圖，上述地基處理方案僅為初步估計(jì)。

2 環(huán)保部分

審定的環(huán)保相關(guān)要求，根據(jù)《大唐哈爾濱第一熱電廠2×300MW新建工程環(huán)境影響報(bào)告書》，環(huán)評時(shí)采用的煙塔設(shè)計(jì)參數(shù)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(tài)水量0.003。

3 典型運(yùn)行工況及環(huán)評初步結(jié)論

在正常運(yùn)行工況條件下，采用冷卻塔排放煙氣技術(shù)是可行的。但對于供熱機(jī)組，當(dāng)進(jìn)入采暖期時(shí)，根據(jù)國外公司的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)循環(huán)水水量不小于總量的50%、熱負(fù)荷不小于30%時(shí)采用冷卻塔排煙對煙氣的抬升高度不產(chǎn)生影響，與正常運(yùn)行工況基本相同。

冬季最大供熱工況時(shí)，冷卻塔循環(huán)水量、熱負(fù)荷分別為正常工況的69.34%、64.69%。根據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)評初步分析結(jié)論，污染物排放滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 需要進(jìn)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(shí)水平存放時(shí)間過長，煙道容易發(fā)生自然下墜至圓度超標(biāo)。

4.2無旁路脫硫系統(tǒng)在供熱機(jī)組上應(yīng)用的安全可靠性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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[2]火電廠應(yīng)用技術(shù)[M].中國新能源出版社2005年5月.

[3]火電廠排放探討與研究[M].中國電力出版社2006年1月.

（編輯/劉佳）