电信塔防腐 冷却塔排烟技术工程分析

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　　东北电业管理局烟塔工程公司 朱远江 苑大军

　　1、概述

( d* }6 c) @* B4 H　　燃煤电厂脱硫后的烟气利用冷却塔排放，俗称"烟塔合一"。冷却塔排烟技
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　　术的主要特点是：
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　　将脱硫后的烟气直接引入自然通风冷却塔，烟气在冷却塔内与水蒸气结合后，经冷却塔出口排入大气，烟气扩散效果好；
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- G& ^! L; J$ Z　　采用冷却塔排放烟气，取消了烟囱，减少了GGH和增压风机等设备，节省了基建投资和运行费用；
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　　电厂靠近机场，烟囱高度有限制时，采用冷却塔排烟技术能达到特殊的外部要求和环境要求。

7 [. ]" ]! y9 }　　冷却塔排烟就是利用常规自然通风冷却塔巨大的热抬升能力，将火力发电厂湿法脱硫后的烟气通过冷却塔向大气中排放，如下图1所示。
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　　 36-脱硫装置 39-吸收塔喷淋层 40-冷却塔 41-收水器

　　42-配水层 43-填料层 44-烟道 45-防噪墙 96-进水管
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　　图1 利用冷却塔排放烟气立体图解
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　　2、国内外排烟冷却塔技术现状
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　　冷却塔排烟技术在国外从上世纪70年代就开始研究，1982年8月在德国

　　Volkingen电站第一次将冷却塔排放脱硫烟气应用于实际工程。经过三十多年的实践，通过不断的试验、研究、分析和改进，在德国、意大利、波兰、希腊、土耳其等国家脱硫改造和新建火电厂中，已经广泛应用，成为没有烟囱的火电厂。

　　表1 国外采用冷却塔排放烟气机组概况
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　　 目前，国外已建成40座以上的排烟冷却塔，单机容量已达到了1000MW。在国内，我们积极跟踪国外排烟冷却塔的技术发展，研究冷却塔排烟技术已有10多年。国内第一座自主设计、建设的采用冷却塔排烟工程--国华三河发电厂二期工程已于2007年8月底投入运行，二期工程2×300MW机组建设2座120m高，淋水面积为4500m2排烟冷却塔。锦州、哈尔滨热电排烟塔正在建设中。

　　3、排烟冷却塔工程的主要技术特点
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　　1、采用冷却塔排烟电厂的工艺流程特点

& W  r3 K+ L* |2 U8 H# `　　（1）常规烟囱排烟电厂工艺流程
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　　烟气→引风机→FGD原烟气挡板门→增压风机→GGH→脱硫吸收塔→除雾器→GGH→FGD净烟气挡板门→烟囱
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　　烟气从炉后引风机引出，通过增压风机升压、GGH降温后进入脱硫吸收塔，在吸收塔内完成二氧化硫脱除吸收后，净烟气经除雾器除去雾滴后，又经GGH升温至80℃左右，再经钢烟道经烟囱排放。常规烟囱排放方式在原烟道上设置有旁路挡板，脱硫系统故障停运和检修时，旁路挡板打开，烟气经由旁路烟道从烟囱排放。
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; v8 L0 p. c! {; y1 I' V　　（2）冷却塔排烟电厂工艺流程

　　烟气→引风机→脱硫吸收塔→排烟冷却塔

　　烟气从炉后引风机引出，通过升压进入脱硫吸收塔，在吸收塔内完成二氧化硫脱除吸收后，净烟气经除雾器除去雾滴后，再经玻璃钢烟道引入冷却塔排放。采用冷却塔排放方式在原烟道上不设置旁路挡板，脱硫系统故障停运和检修时，机组停运。
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　　采用冷却塔排烟电厂的工艺流程特点有：取消了烟气旁路、取消了增压风机、取消了GGH、冷却塔排烟，采用冷却塔排烟具有简化了系统、节约用地、降低工程造价和运行维护费用等优点。

　　2、排烟冷却塔的布置
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　　新建电厂的排烟冷却塔一般布置在炉后并尽量靠近脱硫吸收塔，以缩短净烟道的长度，节约投资。烟道的进塔方式有低位进塔和高位进塔之分，烟道采用高位进塔同采用低位进塔相比，拥有更多优点：

　　减少了烟道弯头，缩短烟道长度；
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: j  H. l1 B3 _　　减少了烟道的支承结构及基础等土建工程费用；

0 P4 s- b# `" [- X: i　　减少了烟道的压力损失，提高了冷却塔中心烟气的浓度；
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5 k& e4 F8 B, d  ?　　减少了烟气对冷却塔筒壁的腐蚀冲击，使冷却塔防腐保护层的有效期延长；

　　高位开孔处冷却塔壳体较薄，开孔对整个壳体受力影响较小,烟囱防腐 烟囱防腐。

; H7 \0 U' \7 F; E1 |/ f1 V6 \9 z　　德国新建电厂多采用烟道高位进塔的排放方式，如Boxberg电厂4号机组（1×907MW）、Lippendorf电厂（2×933MW）、Niederaussem电厂K号机组（1×1000MW）；国华三河电厂二期工程的烟塔采用的也是高位进塔方式，烟道在冷却塔入口中心水平标高为39.0m。
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　　3、供热机组采用冷却塔排烟的特点：
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! g) @$ d. B* s# v6 N( J　　300MW供热机组采用冷却塔排烟，夏季单塔冷却水量与冬季单塔冷却水量有较大差异，在这种情况下，冬季若两塔同时运行，一方面会因冷却水量过小造成冷却塔的过冷却，另一方面也不利于烟气的抬升和扩散。因此，考虑冬季两机一塔的运行方式，即采用循环水的扩大单元制系统，实现冬季两台机组的循环水及烟气全部进入一座塔内运行。通过提高冬季单塔运行的冷却水量和热负荷，从而提高烟塔的出口流速和烟气排放温度，满足环保对烟气排放的要求。此外，采用2机1座排烟塔和1座普通冷却塔的布置方式也可解决冬季供热抽气量大时，烟气排放的问题，只是烟塔的运行检修难度加大。

　　4、排烟冷却塔的热力性能

- f! c  h' w2 ~: R. K　　烟气通过烟道进入冷却塔后会引起冷却塔抽力和阻力的变化，自然通风冷却塔抽力和阻力是决定冷却塔冷却效率的关键因素，抽力的增加可提高冷却效率。采用排烟冷却塔热力计算程序定量分析结果表明：排烟冷却塔在同等设计参数下，冷却水出水水温低于常规冷却塔。

　　5、烟气对循环水水质的影响
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　　经脱硫、脱硝和高效除尘后，烟气中残余的二氧化硫和飞灰含量低，与循环水量比较，占的比例非常少，因此，烟气中残余二氧化硫和飞灰不会对循环冷却水水质产生不利影响。

- k) r# n, @9 s  n* k/ A. N3 s　　6、冷却塔排烟的环境影响分析

　　尽管传统烟囱一般比双曲线冷却塔要高，但冷却塔排放烟气时其抬升高度及扩散效果好于烟囱。原因主要有以下两个方面：
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　　第一，烟气的抬升高度主要取决于三个方面的因素，即排放的高度、烟气与环境的温差和烟气的热释放率的大小。烟气与环境的温差最终也反映在烟气的热释放率的大小上，由于烟气通过冷却塔排放，烟气和冷却塔的热汽混合一起排放，具有巨大的热释放率。对于大中型电厂来说，汽轮机的排汽通过冷却水带走的热量按热效率分摊占全厂的50%左右，而通过锅炉尾部烟气带走的热量只占5%左右，差别非常之大。这就是通过冷却塔排放烟气的最终抬升高度与扩散效果好于通过高度较高的烟囱排放烟气的主要原因。
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　　第二，烟气与冷却塔的水蒸气结合后，混合气流有着巨大的抬升力，能使其进入到大气的逆温层中。这种混合气流在升空后依然能保持紧凑的状态，对风的敏感度比烟囱排除的烟气要低，较不易被风吹散。因此，通过冷却塔排放的烟气扩散范围更广,烟囱防腐 烟囱防腐，污染物落地浓度低。

　　根据电厂环境影响报告书的分析结果：120m高的冷却塔与210m高的烟囱的烟气排放相比，在大气不稳定状态下，风速为1.5m/s时，烟气通过冷却塔排放可抬升到1100m，而通过烟囱排放只能达到400m。风速为3m/s和4.5m/s时，烟气通过冷却塔排放可抬升到500m和210m，而通过烟囱排放只能达到150m和130m。在大气中型状态下，不同风俗烟气通过冷却塔排放可抬升到140~200m，而通过烟囱排放只能达到60m~100m。大气在稳定状态下，通过冷却塔排放比通过烟囱排放烟气抬升高50m左右。此外，120m冷却塔对地面造成的SO2和PM10附加年平均浓度总体好于210m烟囱对地面造成的附加浓度结果。

" S* j0 r2 i1 ?4 Q5 H0 T　　因此，在可比条件下，利用冷却塔排放烟气比利用烟囱排放烟气的污染低。

0 r% K; i! L" E* f$ O　　7、烟道材料选择与制作

( U8 V8 z7 B3 z0 Y　　脱硫塔后的净烟气对烟道材料要求很高，烟道内烟气温度一般在45~80℃，饱和湿烟气的冷凝液PH值可到2左右，烟气中残余的SO2、HCI和NOX会对管道的内壁造成损害；塔内烟道外部被冷却塔的饱和水蒸气所包围，其环境较为恶劣。因此，排烟冷却塔烟道一般采用玻璃钢复合材料制作。

　　玻璃钢烟道具有耐腐性能好、重量轻，导热系数低、免后期维护等特点。此外，玻璃钢烟道具有可设计性，可根据工程具体情况通过调整材料配比、铺层工艺等方式对管道的力学性能指标进行设计调整。
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　　由于电厂煤种、机组的差异，锅炉燃烧后的烟气温度不同，脱硫后的净烟气温度也不同。

　　褐煤电厂燃烧后的烟气温度一般为170~180℃，脱硫后的净烟气一般为65~80℃；烟煤电厂燃烧后的烟气温度一般为130~140℃，脱硫后的净烟气一般为45~55℃。脱硫后净烟气温度的不同，制作玻璃钢烟道的树脂也不同。对于排放65~80℃烟气的玻璃钢烟道，设计耐温≥90℃；而排放45~55℃烟气的玻璃钢烟道，设计耐温≥65℃。

　　直径大于4cm的玻璃钢烟道运输困难，通常在施工现场缠绕制作，由微机控制的大型缠绕机带动专用模具转动来完成产品的缠绕、喷射等制作工艺。烟道的制作材料主要是乙烯基树脂和耐酸的无碱玻璃增强纤维。玻璃钢烟道管体由内衬层、结构层及外表面层构成，各层的厚度依据设计要求确定。缠绕过程从玻璃钢烟道内表面到外表面。外表面层包含紫外线吸收剂和阻燃剂，以防止突发事件对玻璃钢烟道的损坏和自然老化。玻璃钢烟道的制作还包括加强筋、烟道对接口、弯头、法兰、导流板的制作,以及玻璃钢烟道的支承结构、非金属补偿器等。

6 P( y! o# L4 v6 K/ O　　玻璃钢烟道分段制作完成后,分别运至塔内、塔外组装后吊装。玻璃钢烟道的设计寿命可满足免维护正常使用30年以上。

6 v8 k3 V0 E# Q, W; c' v1 L6 X　　8、排烟冷却塔的防腐
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　　脱硫后的净烟气通过烟道直接进入冷却塔与水蒸气混合后排入大气，烟气中的腐蚀介质（CO2、SO2、SO3、HCI等）与水蒸气接触，冷凝后在冷却塔筒壁形成大的液滴。这些大的液滴含有烟气中的酸性气体,会在向下流动中对冷却塔的壳体产生严重的腐蚀，局部PH值可能达到2左右甚至更低。排烟冷却塔的防腐处理对冷却塔的结构安全至关重要。

　　排烟冷却塔的主要腐蚀因素有：氯离子腐蚀、硫酸根离子腐蚀、紫外线作用、冻融循环作用、碳化作用等。

( N- r- }& t3 _2 s8 v* ~- z　　排烟冷却塔的防腐措施为采用低渗透性的混凝土、适当增加混凝土保护层厚度、在混凝土表面涂刷防腐涂层等。使用长效防腐涂层来保护钢筋混凝土结构是较为方便实用的防腐方法，它可有效地阻止腐蚀介质进入，切断腐蚀的途径。
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　　排烟冷却塔防腐涂层与混凝土基层有良好的附着力，涂料应具有良好的柔韧性、耐水、耐化学介质、耐冲刷、耐侯、耐老化、保色性好、施工方便等。排烟冷却塔防腐涂层应满足免维护使用10年以上。
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3 i' u2 \, k) W; V　　排烟冷却塔防腐施工中应重视基层的质量要求和处理措施，涂层的施工应严格按照设计、施工要求进行，涂装的质量控制和施工验收环节也十分重要。
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　　4、排烟冷却塔技术在三河电厂二期工程的应用
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　　三河电厂二期工程2×300MW供热机组，采用烟塔合一技术，即利用冷却塔排放脱硫后烟气。每台机组配一座淋水面积4500m2的逆流式自然通风冷却塔，冷却塔高120m。2006年3月1日开始排烟冷却塔结构工程土建施工，2006年10月15日3#排烟冷却塔结构工程到顶，2006年11月15日4#排烟冷却塔结构工程到顶，2007年8月31日3#机组通过168试运。

　　1、排烟冷却塔主要结构设计参数
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　　淋水面积4500m2

　　喉部标高90.000m
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　　喉部直径44.284m2

( A* E( N6 y8 d* y　　塔顶标高120.000m
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　　塔顶直径47.201m
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　　进风口标高7.800m

' m+ ?- P* Q* I! @' g6 L& y/ ~　　环板基础中心直径85.704m
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　　简体最小厚度0.180m

　　简体最大厚度0.800m
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7 p- e+ Y# S. T$ s7 l6 @' [　　2、进入冷却塔的净烟气设计参数
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/ C8 c0 F& S; k( O) C: ^2 i+ c6 Y5 n　　 3、排烟冷却塔的设计循环水量和出水温度
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+ j# [' L# E0 ?0 o　　 注：凝汽量为TRL工况。

　　 注：机组TRL工况、冷却塔面积F=4500m2、m=55及夏季P=10%气象条件的出水温度。
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+ H! J2 p# S& |　　4、排烟冷却塔玻璃钢烟道设计运行工况及主要参数
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2 @) \! Z3 s) o% X　　冷却塔排烟按照烟气排放不设置旁路烟道考虑：

　　玻璃钢烟道设计工作温度：-21.6℃~68℃，短时≯10分钟耐温80℃；
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4 L% {4 b' ?2 ?4 ^　　正常排烟温度：50℃左右
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. G5 E8 ?4 y8 N" I! R6 w& ?　　烟道设计压力：2000Pa
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3 Q- K8 l* j) o; g/ n　　烟气流速：20m/s
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　　玻璃钢烟道内直径5.2m，最大跨度48m，烟道中心标高约39m，烟道出口标高47.1m。
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$ e$ c' d: y+ D" l9 H/ v　　5、采用冷却塔排烟的经济型和社会效益

　　三河电厂二期工程2×300MW机组采用冷却塔排放烟气取消了烟囱，减少了GGH、增加风机等设备，与烟囱排放方式相比节约建设投资约3900万元。由于减少了GGH、增加风机等设备，按照机组全年6000h利用小时估算，每年可减少电能消耗2000万kW·h。按照0.3元/kW·h计算，每年可节约600万元。

　　自主研发、设计、建造和运行的脱硫无旁路冷却塔排烟技术在三河电厂的成功应用，既填补了国内技术空白，又实现了燃煤电厂调试、启动、运行全过程的烟尘和SO2排放达标，促进了电力行业节能减排的技术进步，为国内同类工程的建设积累了宝贵的经验，示范意义重大。
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