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煙塔合一玻璃鋼煙道

煙塔合一玻璃鋼煙道

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    煙塔合一玻璃鋼煙道 煙塔合一 新技術 0 概述 三河发电厂地处北京周边,电厂厂址位于河北省三河市燕郊,地处燕郊经济技术开发区东侧,厂址西距通州区17km、北京市区37.5km,东距三河
      煙塔合一玻璃鋼煙道
       
      煙塔合一新技術
      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。
      电厂规划容量为1300MW~1400MW。一期工程已安装2台350MW凝汽式汽轮发电机组,#1、#2机组分别于1999年12月、2000年4月投产。二期工程将安装2台300MW供热机组,烟气采用脱硫、脱硝、“煙塔合一”技术,计划将于2007年10月、12月投产发电。
      国华三河电厂扩建的二期工程为热电联产扩建工程,采用“煙塔合一”技术并将一、二期机组同步建设脱硫,达到了整个电厂“增产不增污、增产减排污”的目的。
      1“煙塔合一”技术的优点

      “煙塔合一”技术是针对电力企业研制的当今世界上先进的环保技术,在城市规划和环境改善方面具有以下明显优势:一是充分利用冷却塔的巨大能量,对除尘、脱硫后的湿烟气进行有效抬升,促进净烟气中未脱除污染物的扩散,降低其落地浓度。二是由于机组不必再建设烟囱及脱硫系统的烟气再加热装置。这样不仅可缓解城市建设用地紧张和建筑物限高等问题,并且可以显著改善城市周边电厂建设同城市整体规划的适应性和灵活度,有利于缩小热源、电源与负荷中心间的距离,提高电厂的经济性并有利于城市供热、供电的可靠性。此项技术在国外已成功实施近二十多年,技术已臻成熟。目前我国有许多电厂正在实施这种技术。

      2“煙塔合一”技术在三河电厂的应用
      目前,河北三河电厂、天津国电津能公司和华能北京热电公司在新建机组均采用“煙塔合一”技术进行除尘、脱硝和脱硫排放,三河电厂是第一个采用国产化的“煙塔合一”技术的机组。
      国华三河电厂为满足城市社会经济的快速发展,改善北京市区的大气环境质量,三河电厂二期工程(2×300MW机组)项目决定采用煙塔合一技术,主要基于以下几方面考虑:

      第一、由于采用石灰石一石膏湿法脱硫系统,脱硫系统排放烟气温度只有50℃左右,若采用烟囱排放须对其进行再加热,温度达到S02的露点温度(72℃)以上。而采用冷却塔排烟则无此限制,还可节省GGH系统和烟囱初期投资及运行费用。 第二、由于该项目选址距北京顺义机场较近,采用煙塔合一技术可有效避开对航空影响。
      第三、脫硫系統所用的增壓風機與鍋爐所用的吸風機合而爲一既節省了設備的初期投資,又爲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。工程建成後,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术,取消了传统的烟囱,将经脱硫后的烟气通过穿过冷却塔筒壁的烟道送入塔中心,随塔内蒸发气体一同排放。利用冷却塔排烟在国外已是先进成熟的技术,但在国内刚开始应用,本工程完全立足于自主开发设计和建造的工程尚无先例。
      1、本工程排煙冷卻塔技術取消了傳統的高煙囪,將脫硫後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後,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擡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最終擡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後,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擡升力,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,在升空後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
      烟囱排放烟气的污染低。 由于冷却塔可以直接接受经湿法脱硫后温度较低(约为50℃—55℃)的烟气,这就省去了脱硫系统的烟气加热器(GGH),可以简化脱硫工艺系统和布置,取消旁路烟道,采用直通式,增压风机与引风机合二为一。加之省去了传统高烟囱的建设,这些因素,既节约了设计占地,又减少了施工工程量和施工用地,有利于施工组织。在考虑了冷却塔防腐、加固、烟道等引起的费用增加后,综合比较,采用排烟冷却塔仍然有利于节省工程投资并减少运营费用。

      2.2 冷却塔施工的技术问题
      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
      由于大口径(约内径5m左右)烟道的引入,需要在冷却塔筒壁上开孔,这就要求就其对冷却塔结构稳定性的影响进行研究计算和评价。通过设计院与有关院校结合,采用大型有限元结构分析软件计算,对排烟冷却塔筒壁开孔及冷却塔结构稳定性分析,得出的结论是在冷却塔上开洞对冷却塔的结构稳定性影响不大,但局部应力的改变却比较显著,因此有必要在开洞周围进行局部加固。加固的方法是在孔洞的周围加肋,相当于对局部的塔体增加了一倍的厚度,这时候应力明显下降。为防止冷空气进入塔内,烟道穿过壳体部分用柔性材料封堵。本工程配合脱硫吸收塔后烟道的直接引入,避免玻璃钢烟道弯头的制作,减小烟道阻力,采用高位开孔方式,开孔中心标高约38m左右,在直径5m范围内要进行加固。由于开孔及其加固使得冷却塔筒壁的施工方案与常规的冷却塔施工有不同之处 ,同时也会对施工进度带来不利因素,需针对性的制定特殊施工措施。
      2.2.2 冷却塔的防腐
      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後,冷卻塔的殼體、煙道支架、配水裝置、淋水裝置等會受到煙氣汙染物(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産生疏松、粉化、脫落,進而造成內部的鋼筋裸露産生腐蝕。鋼筋的鏽蝕産生體積膨脹,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,爲此我們作爲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組防腐塗料體系作爲測試對象;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);進行防腐塗料的性能對比性測試和綜合價格比較,最終確定合理的防腐技術方案。
      經過試驗分析,排煙冷卻塔的防腐範圍劃分爲四個區域: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值最低可達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
      电厂正在组织进行排烟冷却塔热力性能分析和计算;供热机组采用煙塔合一的运行特点、热负荷、循环水量的基本要求和大风气象条件下的烟气排放;排烟冷却塔效果考核和性能测试等相关内容。
      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、試運和生産期,最終形成試驗與應用報告,爲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机组100%烟气脱硫考虑,取消了增压风机与GGH,增压风机于引风机合二为一设计,烟风系统不设置烟气旁路烟道,不设烟囱,采用“煙塔合一”技术,这种设计就是把脱硫系统的安全运行与机组的安全运行同等的重要看待,但为防止在调试和运行时出现问题,需要对相关问题进行分析评估。 
      1)本工程烟气脱硫系统由于配合煙塔合一的应用,取消了旁路,不设GGH,引风机与脱硫增压风机合二为一,烟气系统呈贯通式,经脱硫吸收塔脱除SO2后直接进入烟塔排入大气,这就意味着脱硫系统出故障就必须停机,这在国内尚无运行实例。这就要求整个脱硫装置的可靠性需要提高,即要求设计水平好、设备可靠性高,以及提高施工和调试的质量。

      2)鍋爐低負荷運行及啓停爐進行煤、油混燒時,由于系統沒有旁路,脫硫系統爲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汙染及冷卻塔內部的汙染應有考慮。
       
      3)鍋爐等離子點火産生未完全燃燒的飛灰時,由于系統沒有旁路,對脫硫系統及冷卻塔的汙染及影響應有考慮。

      4)在機組啓動的初期,鍋爐産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幹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,如果吸收塔三台循環泵停一台,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,爲以後機組在這種設計布置的情況下安全穩定運行打好基礎。
       
      亚洲首个煙塔合一工程大型玻璃钢烟道在北京华能热电厂吊装完成

      本报讯 记者徐彦泓报道 5月7日,亚洲首个煙塔合一工程大型玻璃钢(FRP)烟道在北京华能热电厂吊装完成。这一工程的完成,将进一步降低该热电厂废气排放中硫化物的落地浓度,净化首都的环境。

      煙塔合一大型玻璃钢烟道由北京国电华北电力工程有限公司负责工程设计。烟道分塔内和塔外两部分,最大直径达7米,最大跨度为40米。玻璃钢烟道无支撑,塔外玻璃钢烟道共分4段,总长约180米,已经完成安装。

        所谓“煙塔合一”,就是指电厂的废气排放不再通过烟囱向大气排放,而是通过烟道送到双曲线冷却塔,由塔内烟道将经过脱硫处理后的废气带到高空排放煙道和冷卻塔融爲一體

      ,构成废气的排放系统。煙塔合一工程中烟道之所以选用玻璃钢复合材料制作,是因为其耐腐蚀性和耐久性能非常好,使用寿命长、节省成本。玻璃钢管道使用寿命长达30年,与火力发电厂的生命周期吻合,避免了更换管材带来停产的经济损失和麻烦。玻璃钢管道本身具有良好的耐腐蚀性,节省了对烟道的防腐费用。同时,玻璃钢管道自重较轻,无需支架支撑,节省了这部分施工费用。

        “煙塔合一”应用玻璃钢复合材料制作烟道,环保意义非常重大。北京国电华北电力工程有限公司高级工程师王欣刚告诉记者,“煙塔合一”技术由德国研发,目前仅在德国等4个欧洲国家应用。采用冷却塔排放废气,废气的净化率达97.5%,特别是废气的落地浓度优于烟囱排放。由于烟囱排放高度在300米左右,而冷却塔排放高度为500米,处理过废气的扩散范围增大,硫化物落地浓度可降到400毫克/立方米以下。同时,玻璃钢烟道还可降低热电厂设备的电耗和运行成本;淘汰了传统的烟囱,节省了土建费用;由于采用冷却塔水蒸气带走废气,省去了增压风机,节省了设备费用和风机运行电耗。

        制作玻璃鋼煙道的原料采用陶氏化學乙烯基酯樹脂和重慶國際複合材料有限公司優質ECR玻纖,應用接觸成型和纏繞工藝制作而成。日本**色在线视频經過德國權威檢測機構5道嚴格測試,完全達到工程要求,得到業主和第三方監理的好評。他說,此次工程,爲以後同類工程的現場施工積累了寶貴的經驗,同時也向客戶展示了華信公司的綜合實力與專業水平,目前,公司已經在和國內多家電廠洽談玻璃鋼煙道建設工程。

        中国玻璃钢工业协会副会长陈博介绍说,在全民环保意识增强,相关环保法规日益完善的今天,煙塔合一工程具有良好的经济效益和社会效益,必将在中国的火力发电日本**色在线视频得到广泛推广,而玻璃钢烟道因其优越的材料性能和成本优势,也将拥有更加广阔的市场,为玻璃钢日本**色在线视频开辟新的应用领域。

       

      煙塔合一的环保与节能效果

        利用自然通风冷却塔巨大的热量,抬升排放脱硫后的净烟气,即称煙塔合一。在大多数情况下,烟塔出口混合烟气的抬升可促使污染物扩散,由于没有泄漏,保证了脱硫效率,有很好的环保效果;采用煙塔合一后,可省去净烟气的再加热部分,烟气系统阻力降低,增压风机电能消耗也降低,可降低厂用电率,同时回收进入脱硫系统的烟气余热,在一定程度上节约了燃煤量,因而具有很好的节能效果。 
      [关键词] 煙塔合一、环保、节能 
      1 煙塔合一的现有工程实践

      煙塔合一的研究始于上世纪 70 年代左右,工程实践开始于 80 年代的德国,90 年代发展迅速,目前在除德国以外的波兰、土尔其、意大利、匈牙利、希腊等国的 20 多个电厂均有煙塔合一的工程应用,单机容量从最初的 20 万千瓦等级的 Volklingen 电厂,发展到目前正在建设的100 万千瓦等级的 Neurath 电厂,世界上的总装机容量达到 3000 万千瓦。 
      2 煙塔合一排放脱硫后湿烟气的原理

      利用自然通风冷却塔排放脱硫后的烟气有其明显特点,与烟囱排放出烟羽相比,其烟团具有显著的热含量。热力引起的动力抬升作用冷却塔是烟囱排放的许多倍, 由此形成在弱风情况下冷却塔排放烟团明显的抬升。 
       

      3 煙塔合一的环保和节能效果

      3.1 煙塔合一的环保效果 
      观察表明,在不稳定的大气状况下,烟羽很容易抬升至较高的高度(如图 1)。研究计算结果表明,在大气不稳定气象条件下,120m 高的冷却塔排放脱硫后烟气不比 240m 高的烟囱排放的落地浓度高。 这主要是在静风或小风气象条件下,冷却塔的抬升比烟囱略好所引起的。在出现最大落地浓度后,两种方式最终造成的落地二氧化硫浓度几乎完全相同,并迅速减少(如图 2)。 
       

      采用煙塔合一后,原烟气直接经吸收塔净化后进入 FRP 烟道,通过烟塔排放,因而未脱硫净化的原烟气不会泄漏到已净化的净烟气中,和有泄漏率约 3%以上的 GGH 的 FGD 相比,可提高脱硫效率约 2%以上,因而保证了脱硫效率。 
      3.2 煙塔合一的节能效果 
      采用煙塔合一方式排放,其节能效果体现在以下几个方面(以 4 台机组总容量 1000MW 和 6000h 利用小时估算): 
      (1) 取消了回转式 GGH,在一定程度上降低了净烟气的再加热系统的电能消耗,每年可节电约 360 万 kW.h。 
      (2) 由于没有净烟气再热装置,和常规带 GGH 的脱硫系统相比较,烟气系统阻力大约降低了 1/4,增压风机的电机功率大约降低了 1/3,每年可节电 1600 万 kW.h; 综合(1)、(2),较常规带 GGH 脱硫系统的电厂,厂用电率降低了大约 0.4%。 
      (3) 利用管式烟气冷却器回收进入 FGD 吸收塔的热量,提高了热的利用率,每台机组回

       

      2 收的余热量约 25GJ/h,全年 4 台机组可回收余热约 60 万 GJ,相当于全年可少用燃煤 5~6 万吨。 
       

      4 煙塔合一的工程设计

      煙塔合一工程设计中,脱硫后的烟气通过玻璃钢烟道(FRP)进入自然通风冷却塔塔心排放,煙塔合一电厂的典型流程如图 3 所示。 
      图3脱硫-煙塔合一电厂流程示意图 
      煙塔合一工程设计的关键除烟塔筒壁的 FRP 烟道入口外,其他最重要的是 FRP 烟道和防腐处理。 
      (1)FRP 烟道 
      在设计烟道前,必须确认 FGD 出口烟气中各种污染物的成分、温度、压力、流量,然后通 
      过计算得出玻璃钢烟道中排出气体的成分,因为这影响到耐腐蚀树脂的用量与厚度(见图 4)。 
      FRP 烟道的内部防腐层、结构层和外保护层均用 DOW 树脂,只是厚度不同,各层的铺层设计 
      不同,玻璃纖維的種類不同。 

      图4典型的 FRP 烟道布置图 
      铺层的设计是制作合格的 FRP 烟道的关键,不同的部位有不同的设计。多年的工程实践表 
      明,FRP 烟道极小的检修维护工作和超强的抗腐蚀能力,为脱硫后湿烟气输送到烟塔内,以及满 
      足脫硫後煙氣腐蝕性環境起到了積極作用。 
      (2)煙塔的防腐 
      烟塔的防腐是煙塔合一电厂的另一项关键技术,防腐效果的好坏,直接影响烟塔的安全运行。 
      防腐采用乙烯基酯类树脂,外层为 2 层,厚度约 80μm,内层为 3 层,1 层基层+2 层面层,喉部
      以下约 200μm,喉部以上约 300μm。 
      5 总结

      脱硫-煙塔合一工程是一项成熟的、集节能与环保于一体的先进技术,其主要特点如下: 
      (1) 烟塔出口混合烟气的抬升可促使污染物扩散,由于没有泄漏,保证了脱硫效率,有利于 
      環保; 
      (2) 采用煙塔合一后,可省去净烟气的再加热部分,烟气系统阻力降低,增压风机电能消耗 
      也降低,可降低廠用電率,因而具有很大的節能效果,同時回收進入脫硫系統的煙氣余熱,在一定程度上節約了燃煤量。 
      因此,在滿足煙塔擡升的環境條件下,適當推廣這項技術可推動節能與環保並重的清潔生産技術在中國的發展。


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