小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設(shè)計(jì)實(shí)例.doc

小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設(shè)計(jì)實(shí)例小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設(shè)計(jì)實(shí)例余權(quán),石化彪,馮志翔,沈林華(中國(guó)聯(lián)合工程公司,浙江杭州310022)摘要:通過(guò)對(duì)玻璃鋼煙囪的結(jié)構(gòu)形式,支撐方式,玻璃鋼排煙筒材質(zhì)以及煙氣流速取值等方面分析,總結(jié)了浙江省某熱電廠4臺(tái)130t/h燃煤鍋爐濕法脫硫改造后新建的一座玻璃鋼濕煙囪的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為類(lèi)似小型火力發(fā)電廠今后玻璃鋼濕煙囪設(shè)計(jì)提供參考.關(guān)鍵詞:濕煙囪;玻璃鋼;濕法脫硫中圖分類(lèi)號(hào):TU271.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10043950(2011)O5005704FRPwetstackdesignforsmallsizefossil-firedpowerplantYU0口n,Stlihruabiao,FENGZhi-xiang,etal(ChinaUnitedEngineeringCorporation,Hangzhou310022,China)Abstract:Byanalyzingtheselectionofstructureform,supporttype,FRPcomponents,andfluegasvelocityforFRPwetstack,thedesignpointsofonecommonFRPWetstackfor4130t/hcoalfiredboilerswetFGDscrubberfluegasdischargeinZhejiangprovinceweresummarized,andtheexperiencecanbeusedforfutureFRPwetstackdesigninsuchsmallsizefossilfiredpowerplant.Keywords:wetstack;FRP;wetFGDscrubber0引言目前,濕法煙氣脫硫技術(shù)在火力發(fā)電廠得到了廣泛應(yīng)用.石灰石一石膏法具有脫硫效率高,煙氣處理能力大等優(yōu)點(diǎn),隨著國(guó)家節(jié)能減排工作的推進(jìn),近年來(lái),不少中小型火電廠亦通過(guò)技術(shù)改造采用石灰石-石膏法作為煙氣脫硫工藝.但是濕法脫硫后煙氣的腐蝕性不但沒(méi)有降低,反而由于煙氣溫度降低而大大增加,國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)(CICIND)1999年發(fā)布的鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程指出濕法脫硫后的煙囪應(yīng)按照強(qiáng)腐蝕性煙氣來(lái)考慮煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因此火電廠濕法脫硫改造后原有干煙囪將無(wú)法滿足強(qiáng)腐蝕性濕煙氣的排放.浙江省某熱電廠4臺(tái)130t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐原采用爐內(nèi)噴石灰石脫硫,鍋爐煙氣經(jīng)電除塵后排人錐形單筒砼煙囪,熱電廠于2009年對(duì)該4臺(tái)鍋爐進(jìn)行了石灰石.石膏法煙氣深度脫硫改造,2臺(tái)爐共用1座脫硫塔,共設(shè)2座脫硫塔,由于場(chǎng)地限制不設(shè)GGH.濕法脫硫改造后擬新建一座高度120m的濕煙囪,供4臺(tái)鍋爐濕煙氣排放,同時(shí)保留原引風(fēng)機(jī)至于煙囪之間的煙道及擋板,原干煙囪作為脫硫塔事故狀態(tài)臨時(shí)排放高溫?zé)煔庥?由于熱電廠原有干煙囪可用于事故狀態(tài)高溫?zé)煔馀欧?因此新建的濕煙囪基本可以保證長(zhǎng)時(shí)間工作在低溫條件下(50oC左右),僅存在短時(shí)高溫?zé)煔馀欧诺目赡?在綜合比較了鈦合金板,玻璃磚,玻璃鱗片,復(fù)合涂料及玻璃鋼等多種煙囪防腐材料的可靠性,投資造價(jià),施工難度等因素后,結(jié)合廠區(qū)實(shí)際情況最終選定了玻璃鋼作為該工程濕煙囪防腐材料.由于國(guó)內(nèi)小型火力發(fā)電廠玻璃濕煙囪案例較少,本文著重總結(jié)該工程中玻璃鋼煙囪的設(shè)計(jì)要點(diǎn).1濕煙囪結(jié)構(gòu)形式的選擇濕法脫硫后,由于煙氣溫度降低,含水量增大,煙筒的煙氣壓力升高,含腐蝕性介質(zhì)的煙氣極易滲透到簡(jiǎn)體內(nèi)部,使煙囪內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受腐蝕,直接影響煙囪的安全.因此火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉收稿Et期:20110620作者簡(jiǎn)介:余權(quán)(1982一),男,浙江上虞人,碩士,工程師,主要從事火力發(fā)電廠工程設(shè)計(jì)工作.磐蠡擎2011年,第5期一57管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法(DL/T51212000)和火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(DL50221993)均要求:當(dāng)排放強(qiáng)腐蝕性煙氣時(shí),宜采用(單管)套筒式或(多管)集束式一直型筒煙囪,把承重的外筒和排煙內(nèi)筒分開(kāi),使外筒承重結(jié)構(gòu)不與強(qiáng)腐蝕性炯?xì)饨佑|.兇此,該程設(shè)計(jì)中,玻璃鋼煙筒由于結(jié)構(gòu)自重輕,氣密性好,耐強(qiáng)腐蝕,被用作濕煙氣排煙筒,錐形砼外筒作為玻璃鋼內(nèi)筒的支撐結(jié)構(gòu).同時(shí)在內(nèi)筒與外筒之間設(shè)計(jì)有1ITI以上的檢修和維護(hù)空間:一方面內(nèi)筒煙氣發(fā)生泄漏容易被發(fā)現(xiàn),并可立即對(duì)其進(jìn)行局部補(bǔ)修;另一方面短時(shí)泄漏也不會(huì)直接腐蝕外筒而影響煙囪整體結(jié)構(gòu)的安全,為整個(gè)熱電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保障.2玻璃鋼內(nèi)筒支撐形式的選擇目前大中型火力發(fā)電廠通用的套筒式鋼內(nèi)筒炯囪支撐形式基本為底部自承重式或頂部懸掛式,這兩種形式的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)筒為一體化結(jié)構(gòu),氣密性較好,后期維護(hù)工作量小;缺點(diǎn)是煙囪外簡(jiǎn)局部荷載較大,內(nèi)筒承受軸向力較大,壁厚相對(duì)較厚.玻璃鋼密度較輕,僅為鋼的1/51/4,比金屬釩還輕1/3左右,機(jī)械強(qiáng)度卻很高,某些性能甚至接近普通碳鋼.但大直徑的玻璃鋼煙筒須在現(xiàn)場(chǎng)纏繞加工,并分節(jié)吊裝后將節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)糊牢,因此若整座內(nèi)筒荷載支撐在底部或頂部,玻璃鋼節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度較難保證,同時(shí)由于荷載較集中,玻璃鋼內(nèi)筒的厚度需加厚,內(nèi)筒投資也會(huì)大大增加.該1一程炯囪出口高度為120133,煙囪人口煙道高度約20m,因此實(shí)際玻璃鋼內(nèi)筒長(zhǎng)度約100Ill.設(shè)計(jì)中采用了內(nèi)筒分段懸掛式支撐,自上而下分別分成33m,331TI,20m,121TI共4段,每段頂部設(shè)承重支撐,底部設(shè)導(dǎo)向支撐,各段內(nèi)筒間采用非金屬材料復(fù)合軟連接,軸向每間隔3m外部設(shè)一道加強(qiáng)肋以保證內(nèi)簡(jiǎn)剛性,煙囪支撐見(jiàn)圖1.3玻璃鋼內(nèi)筒筒體材料的選擇該丁程玻璃鋼煙囪設(shè)計(jì)溫度:濕法脫硫裝置正常投運(yùn)時(shí)煙氣最高溫度為70qC,玻璃鋼內(nèi)筒應(yīng)能在該溫度下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行;當(dāng)濕法脫硫故障時(shí),煙氣最高溫度為150,玻璃鋼內(nèi)筒在該溫度下應(yīng)可保證連續(xù)運(yùn)行24h以上,且高溫?zé)煔獠粫?huì)一s8一對(duì)玻璃鋼壽命產(chǎn)生影響.圖l煙囪支撐形式根據(jù)玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)定(HG/T206961999)規(guī)定具有耐高溫度特性乙烯基酯不飽和聚酯玻璃鋼設(shè)計(jì)最高溫度為120,該丁程中玻璃鋼采用了耐腐蝕性,耐氧化性,耐熱性及耐溶劑性較強(qiáng)的環(huán)氧乙烯基脂樹(shù)脂,制成的內(nèi)簡(jiǎn)可長(zhǎng)時(shí)問(wèn)耐高溫150,抗壓強(qiáng)度不低于110MPa.該工程玻璃鋼內(nèi)筒由內(nèi)向外依次為:(1)內(nèi)表層由厚度為0.5mm,樹(shù)脂含量為95%的內(nèi)壁防腐層和厚度2Illm,樹(shù)脂含量75%的次防腐層構(gòu)成,內(nèi)表層由無(wú)堿玻璃纖維和樹(shù)脂制成,主要作用為防腐及防滲漏;(2)玻璃鋼主體結(jié)構(gòu)層,南耐水性和耐腐蝕性較強(qiáng)的無(wú)堿玻璃纖維(ECR型)浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)層樹(shù)脂環(huán)向纏繞,螺旋纏繞配合單向布成型,厚度約17mm,樹(shù)脂含量35%左右,主要為筒體提供一定的剛度和強(qiáng)度;(3)外表層,厚度1mm,樹(shù)脂含量95%,主要起阻燃和保護(hù)作.該工程內(nèi)表層,結(jié)構(gòu)層采用SW907乙烯基樹(shù)脂,外表層采用SW9052阻燃乙烯基樹(shù)脂.內(nèi)筒詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.外表層結(jié)構(gòu)層內(nèi)表層圖2玻璃鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)4玻璃鋼內(nèi)筒煙氣流速的選擇內(nèi)筒煙氣流速的選擇不僅直接影響煙囪初期的建設(shè)投資,而且直接關(guān)系到濕煙囪投運(yùn)后的穩(wěn)定運(yùn)行,濕煙囪煙氣流速的選擇不合理還會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成不良影響.玻璃鋼內(nèi)筒煙氣流速的選擇主要需避免煙囪投運(yùn)后煙囪降雨,煙羽下洗,并合理設(shè)計(jì)內(nèi)筒內(nèi)負(fù)壓,保證煙囪安全運(yùn)行.當(dāng)煙氣夾帶液滴并在煙囪周?chē)德渚蜁?huì)形成煙囪降雨,其主要成因一是脫硫塔除霧器除霧效果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),致使煙氣攜帶液滴進(jìn)入煙囪,這部分帶水主要受除霧器和吸收塔設(shè)計(jì)影響;二是當(dāng)飽和濕煙氣在煙道及煙囪內(nèi)流動(dòng)時(shí),煙氣與外壁換熱引起一定的溫降,煙氣中的水蒸氣將凝結(jié)成水滴,并在煙道和煙囪內(nèi)壁面冷凝,此時(shí)若煙囪中煙氣流速超過(guò)一定臨界值,這些冷凝下來(lái)的液滴將被煙氣重新夾帶,若煙氣流速小于該臨界值,這些液滴會(huì)沿內(nèi)筒壁流下,并通過(guò)煙囪底部集液槽排出,可大大減少煙氣對(duì)液滴的二次夾帶.各類(lèi)煙囪煙氣二次夾帶的流速如表1所示,玻璃鋼排煙筒的煙氣臨界帶水流速在20m/s左右.表1各種濕煙囪材料煙氣二次帶水臨界流速mS內(nèi)襯材料煙氣臨界流速耐酸磚/膠泥合金C一276碳鋼板/硼硅酸鹽玻璃泡沫塊碳鋼板/上釉陶瓷磚板玻璃鋼(FRP)增強(qiáng)有機(jī)樹(shù)脂襯里煙囪運(yùn)行時(shí),煙囪出口環(huán)境側(cè)風(fēng)會(huì)使煙羽垂直的流向發(fā)生偏轉(zhuǎn),對(duì)于單個(gè)煙囪,煙羽的垂:卣分動(dòng)量和風(fēng)的水平分量動(dòng)比值小于2.0時(shí)部分煙羽可能會(huì)被煙囪下風(fēng)側(cè)形成的渦流夾帶,該現(xiàn)象稱(chēng)為煙羽下洗,當(dāng)發(fā)生煙羽下洗時(shí),污染物的擴(kuò)散受到影響,同時(shí)濕煙氣產(chǎn)生的冷凝液也將腐蝕煙囪本體結(jié)構(gòu)層.因此,為了減少和避免煙羽下洗,煙囪出口煙氣流速不宜過(guò)低.為減少和避免濕煙囪降雨和煙羽下洗,美國(guó)電力研究院編制的濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則煙囪建議流速如表2所示.表2建議的煙氣流速范圍m?S內(nèi)襯材料煙氣流速耐酸磚(磚砌結(jié)構(gòu)的徑向允差為3mrr1)硼硅酸玻璃磚玻璃鋼合金,鈦或不銹鋼涂料1317l51815l818221822另外,根據(jù)火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法(DL/T51212000)要求,濕煙囪還需對(duì)其內(nèi)部靜壓進(jìn)行核算.表3為該工程煙囪主要設(shè)計(jì)參數(shù).表3該工程煙囪主要設(shè)計(jì)參數(shù)煙囪高度/m煙氣人口高度/m玻璃鋼摩擦阻力系數(shù)多年平均大氣壓/Pa多年平均風(fēng)速/m?s煙囪出口平均風(fēng)速/m?s最熱月平均溫度/標(biāo)態(tài)空氣密度/kg?m.標(biāo)態(tài)煙氣密度/kg?m人口煙氣量/m?S.入口煙氣溫度/直型筒靜壓準(zhǔn)則數(shù):R=A加/(gApd.)(1)直型筒最高靜壓值發(fā)生在底部,公式如下:尸加=gapn.(一1)(2)式中:d.為排煙筒內(nèi)徑;ao為煙氣空氣密度差;A為摩擦阻力系數(shù);為煙氣動(dòng)壓;為排煙筒全程高度.經(jīng)計(jì)算,不同內(nèi)筒直徑玻璃鋼煙囪筒內(nèi)靜壓及流速結(jié)果如表4.當(dāng)內(nèi)筒直徑為3.8m時(shí),靜壓準(zhǔn)則數(shù)大于1,內(nèi)筒全程處于正壓,若內(nèi)筒及補(bǔ)償器發(fā)生泄漏則濕煙氣將影響威脅到外筒安全;當(dāng)內(nèi)筒直徑為4m和4.2m時(shí),靜壓準(zhǔn)則數(shù)均小于1,煙囪全程處于負(fù)壓,考慮到煙囪整體的工程造價(jià),最終玻璃鋼內(nèi)筒出口直徑選為4.0m,出口煙氣流速為l6.73m/s.辯赫囂2011年,第5期一59一一一一一m一一一一m一加枷表4不同內(nèi)筒直徑煙囪運(yùn)行情況預(yù)測(cè)最終出口煙氣流速大于出口環(huán)境平均風(fēng)速2倍,同時(shí)小于玻璃鋼煙囪二次夾帶的臨界流速,也符合美國(guó)電力研究院關(guān)于濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則的建議流速,町減少煙羽下洗及煙囪降雨的可能性;內(nèi)筒處于微負(fù)壓運(yùn)行,當(dāng)內(nèi)筒發(fā)生局部破損時(shí)可保證煙氣不會(huì)向外泄漏,有效避免濕煙氣對(duì)外筒造成腐蝕,確保煙囪整體結(jié)構(gòu)的安全可靠.該煙囪自2010年投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行狀況良好,未發(fā)生明顯的煙羽下洗及煙囪降雨問(wèn)題.發(fā)電廠濕煙囪設(shè)計(jì)時(shí)參考:(1)在煙囪整體結(jié)構(gòu)形式的選取上,玻璃鋼濕煙囪宜采用玻璃鋼直內(nèi)筒作為排煙筒,外部設(shè)砼或鋼支撐作為承重筒;(2)根據(jù)玻璃鋼自身制作特點(diǎn),大型玻璃鋼排煙內(nèi)筒可采用分段懸掛或分段支撐形式;(3)玻璃鋼內(nèi)筒材質(zhì)選取時(shí)須充分考慮煙氣最?lèi)毫庸r,宜采用耐高溫,耐腐蝕的乙烯基脂樹(shù)脂作為玻璃鋼制作材料;(4)濕煙囪內(nèi)煙氣流速應(yīng)根據(jù)電廠當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境合理選取,以降低煙囪降雨和煙羽下洗的可能性,結(jié)合筒內(nèi)靜壓情況玻璃鋼內(nèi)筒的濕煙囪煙氣流速可在1518m/s范圍內(nèi)選取.5結(jié)語(yǔ)參考文獻(xiàn):煙囪是火電廠的一個(gè)重要構(gòu)筑物,維持煙囪的安全運(yùn)行至關(guān)重要,濕法脫硫后的濕煙氣直接影響煙囪運(yùn)行的安全性和可靠性.本文中結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)玻璃鋼濕煙囪的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析,比較,總結(jié)得到了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)供類(lèi)似小型火力1國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì).鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程s.1999.2周至祥,段建中,薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)M.北京:中國(guó)電力版社,2006.3王亞峰,馬果駿.美國(guó)電力研究院(EPRI)濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則J.上海電力,2006,5:469473.(上接第52頁(yè))情況統(tǒng)計(jì),擬定機(jī)組負(fù)荷按表分布,同時(shí)暫定機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水泵電機(jī)也為滿負(fù)荷運(yùn)行,凝結(jié)水流量為額定流量,機(jī)組負(fù)荷為75%MCR時(shí),凝結(jié)水流量為75%額定流量,機(jī)組負(fù)荷為50%MCR時(shí),凝結(jié)水流量為50%額定流量.變頻前后凝結(jié)水泵電機(jī)耗量分別為793.5萬(wàn)kwh和535萬(wàn)kWh,年節(jié)電258.5萬(wàn)kwh,按上網(wǎng)電價(jià)0.209元/kWh汁,可節(jié)約54萬(wàn)元.一套高壓變頻器總價(jià)約140萬(wàn)元,包括建設(shè)期9個(gè)月在內(nèi)的靜態(tài)回收期為3.5a即可收回全部投資.表l負(fù)荷分布負(fù)荷/%每年小時(shí)數(shù)/hl007550150051416O04結(jié)論采用變頻調(diào)速技術(shù)取代傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)方一60一式,可以大幅度降低廠用電率,減少發(fā)電成本;采用變頻調(diào)速還能提高機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性,改善電機(jī)的啟動(dòng)性能,延長(zhǎng)電機(jī)的壽命;減輕對(duì)管道和葉片的沖蝕,延長(zhǎng)待檢修期,減輕檢修維護(hù)人員的工作量,減少檢修費(fèi)用.電廠大功率水泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益.參考文獻(xiàn):1黃晉營(yíng).高壓凝結(jié)水泵變頻改造的應(yīng)用J.廣西