“煙塔合一”技術的應用

0 概述

三河發電廠地處北京周邊，電廠廠址位于河北省三河市燕郊,地處燕郊經濟技術開發區東側，廠址西距通州區17km、北京市區37.5km，東距三河市17km。

電廠規劃容量為1300MW～1400MW。一期工程已安裝2臺350MW凝汽式汽輪發電機組，#1、#2機組分別于1999年12月、2000年4月投產。二期工程將安裝2臺300MW供熱機組，煙氣采用脫硫、脫硝、“煙塔合一”技術，計劃將于2007年10月、12月投產發電。

國華三河電廠擴建的二期工程為熱電聯產擴建工程，采用“煙塔合一”技術并將一、二期機組同步建設脫硫，達到了整個電廠“增產不增污、增產減排污”的目的。

 

1“煙塔合一”技術的優點

“煙塔合一”技術是針對電力企業研制的當今世界上先進的環保技術，在城市規劃和環境改善方面具有以下明顯優勢：一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物的擴散，降低其落地濃度。二是由于機組不必再建設煙囪及脫硫系統的煙氣再加熱裝置。這樣不僅可緩解城市建設用地緊張和建筑物限高等問題，并且可以顯著改善城市周邊電廠建設同城市整體規劃的適應性和靈活度，有利于縮小熱源、電源與負荷中心間的距離，提高電廠的經濟性并有利于城市供熱、供電的可靠性。 此項技術在國外已成功實施近二十多年，技術已臻成熟。目前我國有許多電廠正在實施這種技術。

2“煙塔合一”技術在三河電廠的應用

    目前，河北三河電廠、天津國電津能公司和華能北京熱電公司在新建機組均采用“煙塔合一”技術進行除塵、脫硝和脫硫排放，三河電廠是個采用國產化的“煙塔合一”技術的機組。

國華三河電廠為滿足城市社會經濟的快速發展，改善北京市區的大氣環境質量，三河電廠二期工程（2×300MW機組）項目決定采用煙塔合一技術，主要基于以下幾方面考慮：

由于采用石灰石一石膏濕法脫硫系統，脫硫系統排放煙氣溫度只有50℃左右，若采用煙囪排放須對其進行再加熱，溫度達到S02的露點溫度（72℃）以上。而采用冷卻塔排煙則無此限制，還可節省GGH系統和煙囪初期投資及運行費用。

第二、由于該項目選址距北京順義機場較近，采用煙塔合一技術可有效避開影響。

第三、脫硫系統所用的增壓風機與鍋爐所用的吸風機合而為一既節省了設備的初期投資，又為整個機組的經濟運行打下了良好的基礎。

經測算，通過120米高的冷卻塔排煙，對地面造成的SO2和PM10、NOX年均落地濃度總體好于240米高煙囪排煙對地面造成的落地濃度。工程建成后，每年可減少排放SO2 2萬多噸，煙塵100多噸，具有良好的環保效益。

2.1本工程技術特點

本工程采用了煙塔合一的技術，取消了傳統的煙囪，將經脫硫后的煙氣通過穿過冷卻塔筒壁的煙道送入塔中心，隨塔內蒸發氣體一同排放。利用冷卻塔排煙在國外已是先進成熟的技術，但在國內剛開始應用，本工程*立足于自主開發設計和建造的工程尚無先例。

1、本工程排煙冷卻塔技術取消了傳統的高煙囪，將脫硫后的煙氣通過煙道直接引入自然通風冷卻水塔與水蒸氣混合后，由冷卻塔出口排入大氣。經環評分析，盡管傳統煙囪一般比雙曲線冷卻塔要高，煙囪排放的煙氣溫度也比冷卻塔排出混合氣體的溫度要高，但冷卻塔排放煙氣時其熱抬升高度及擴散效果是相當的。原因主要有以下兩個方面：由于煙氣通過冷卻塔排放，煙氣和冷卻塔的熱汽混合一起排放，具有巨大的熱釋放率。對于一個大型電廠來說，汽輪機的排汽通過冷卻水帶走的熱量按熱效率分攤占全廠的50%左右，而通過鍋爐尾部煙氣帶走的熱量只占5%左右，差別非常之大。這就是通過冷卻塔排放煙氣與通過高度較高的煙囪排放煙氣的抬升高度與擴散效果相當的主要原因。由于煙氣與冷卻塔中的水氣混合后，大量的水氣能將煙氣分散、沖淡，這種大量的混合氣流有著巨大的抬升力，能使其滲入到大氣的逆溫層中；另一方面，這種混合氣流還具有一種慣性，在升空后依然能保持緊湊的流束，使其對風的敏感度比煙囪排出的煙氣對風的敏感度要低，較不易被風吹散。因此，在可比的條件下，利用冷卻塔排放煙氣比利用煙囪排放煙氣的污染低。

由于冷卻塔可以直接接受經濕法脫硫后溫度較低（約為50℃—55℃）的煙氣，這就省去了脫硫系統的煙氣加熱器（GGH），可以簡化脫硫工藝系統和布置，取消旁路煙道，采用直通式，增壓風機與引風機合二為一。加之省去了傳統高煙囪的建設，這些因素，既節約了設計占地，又減少了施工工程量和施工用地，有利于施工組織。在考慮了冷卻塔防腐、加固、煙道等引起的費用增加后，綜合比較，采用排煙冷卻塔仍然有利于節省工程投資并減少運營費用。

2.2 冷卻塔施工的技術問題

本工程采用排煙冷卻塔，需要解決其中相應的技術及施工問題。

2.2.1冷卻塔的開孔加固

由于大口徑（約內徑5m左右）煙道的引入，需要在冷卻塔筒壁上開孔，這就要求就其對冷卻塔結構穩定性的影響進行研究計算和評價。通過設計院與有關院校結合，采用大型有限元結構分析軟件計算，對排煙冷卻塔筒壁開孔及冷卻塔結構穩定性分析，得出的結論是在冷卻塔上開洞對冷卻塔的結構穩定性影響不大，但局部應力的改變卻比較顯著，因此有必要在開洞周圍進行局部加固。加固的方法是在孔洞的周圍加肋，相當于對局部的塔體增加了一倍的厚度，這時候應力明顯下降。為防止冷空氣進入塔內，煙道穿過殼體部分用柔性材料封堵。本工程配合脫硫吸收塔后煙道的直接引入，避免玻璃鋼煙道彎頭的制作,減小煙道阻力,采用高位開孔方式，開孔中心標高約38m左右，在直徑5m范圍內要進行加固。由于開孔及其加固使得冷卻塔筒壁的施工方案與常規的冷卻塔施工有不同之處 ，同時也會對施工進度帶來不利因素，需針對性的制定特殊施工措施。

2.2.2 冷卻塔的防腐

煙氣引入冷卻塔，凝結的液滴回落水塔及水蒸汽在風筒壁凝結后，冷卻塔的殼體、煙道支架、配水裝置、淋水裝置等會受到煙氣污染物(煙塵、SO2、SO3、HCL、HF等)的危害。凝結的液滴含有煙氣中的酸性氣體，局部pH值可能達到1.0。冷卻塔在長期的使用過程中由于介質沖刷，加之空氣中的酸性氣體如SO3、SO2以及氯離子、微生物的腐蝕作用和凍融循環，混凝土各部件如冷卻塔風筒、支柱、淋水架構梁柱以及集水池等混凝土層會產生疏松、粉化、脫落，進而造成內部的鋼筋裸露產生腐蝕。鋼筋的銹蝕產生體積膨脹，增大了混凝土結構的空隙，加劇了腐蝕程度，導致結構的損壞。

因此，排煙冷卻塔塔體、塔芯結構特殊防腐設計和防腐材料選擇是排煙冷卻塔技術應用的核心部分，為此我們作為重點研究進行一系列的試驗項目。主要有：確定排煙冷卻塔腐蝕的介質、腐蝕機理和冷卻塔結構不同部位的防腐蝕設計要求；選擇適應排煙冷卻塔防腐要求的3～5組防腐涂料體系作為測試對象；確定防腐體系的基層、中間層和面層組合；進行各種腐蝕條件下的耐腐蝕性測試（pH=1、pH=2.5）；進行防腐涂料的性能對比性測試和綜合價格比較，確定合理的防腐技術方案。

經過試驗分析，排煙冷卻塔的防腐范圍劃分為四個區域：冷卻塔風筒外壁、冷卻塔風筒內壁喉部以上、冷卻塔風筒內壁喉部以下、豎井及煙道支架和淋水架構部分等。確定排煙冷卻塔結構不同部位的進行不同的防腐蝕技術措施。

2.2.3進入冷卻塔的煙道防腐

排煙冷卻塔內部的煙道材料要求很高，一方面，飽和水蒸氣的煙氣的溫度在50℃左右，pH值可達1.0，且含有殘余的SO2、HCL和NOX，對管道的內壁造成損害；另一方面，管道外部被冷卻塔的飽和蒸氣所包圍。本工程防腐煙道采用玻璃鋼材料（FRP），玻璃鋼材料具有防腐、重量輕的特點。由于大直徑的玻璃鋼煙道運輸困難，只能在施工現場纏繞制作。本工程玻璃鋼煙道的試驗研究與設計工作正在進行中。

本工程煙道采用內徑5.2m，壁厚30mm玻璃鋼，進行分段制作，煙道的安裝由制作單位完成，施工單位配合安裝工作。

2.2.4有關本工程研究試驗

電廠正在組織進行排煙冷卻塔熱力性能分析和計算；供熱機組采用煙塔合一的運行特點、熱負荷、循環水量的基本要求和大風氣象條件下的煙氣排放；排煙冷卻塔效果考核和性能測試等相關內容。

以上這些研究試驗課題將延續整個排煙冷卻塔的設計、施工、試運和生產期，形成試驗與應用報告，為此項技術在國內的推廣使用提供經驗。

 

3系統運行分析評估

本工程二期按2×300MW機組煙氣脫硫考慮，取消了增壓風機與GGH，增壓風機于引風機合二為一設計，煙風系統不設置煙氣旁路煙道，不設煙囪，采用“煙塔合一”技術，這種設計就是把脫硫系統的安全運行與機組的安全運行同等的重要看待，但為防止在調試和運行時出現問題，需要對相關問題進行分析評估。

1）本工程煙氣脫硫系統由于配合煙塔合一的應用，取消了旁路，不設GGH，引風機與脫硫增壓風機合二為一，煙氣系統呈貫通式，經脫硫吸收塔脫除SO2后直接進入煙塔排入大氣，這就意味著脫硫系統出故障就必須停機，這在國內尚無運行實例。這就要求整個脫硫裝置的可靠性需要提高，即要求設計水平好、設備可靠性高，以及提高施工和調試的質量。

2）鍋爐低負荷運行及啟停爐進行煤、油混燒時，由于系統沒有旁路，脫硫系統為保護吸收塔防腐材料必須投入循環泵系統降溫，煙氣是否對脫硫系統的漿液污染及冷卻塔內部的污染應有考慮。

3）鍋爐等離子點火產生未*燃燒的飛灰時，由于系統沒有旁路，對脫硫系統及冷卻塔的污染及影響應有考慮。

4）在機組啟動的初期，鍋爐產生的煙氣在冷卻塔內提升的高度是否受到影響。

5）如何確定電除塵器若干電場出現故障造成出口粉塵濃度高需要停脫硫、停機。

6）鍋爐出現故障時脫硫系統的如何快速反應，引風機如何進行調節來適應鍋爐及脫硫運行工況。

7）由于脫硫系統沒有GGH，如果吸收塔三臺循環泵停一臺，可能造成吸收塔內煙氣溫度高，是否停爐的判斷分析，以及鍋爐出現煙氣溫度高對吸收塔的影響。

綜上所述，我們主要目的是如果考慮出現以上情況如何判斷及處理，防止造成某些設備損壞或不必要的停機。因此我們還有許多的工作需要研究及分析，為以后機組在這種設計布置的情況下安全穩定運行打好基礎。