小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設計實例.doc

小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設計實例小型火力發(fā)電廠玻璃鋼濕煙囪設計實例余權,石化彪,馮志翔,沈林華(中國聯合工程公司,浙江杭州310022)摘要:通過對玻璃鋼煙囪的結構形式,支撐方式,玻璃鋼排煙筒材質以及煙氣流速取值等方面分析,總結了浙江省某熱電廠4臺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計要點,為類似小型火力發(fā)電廠今后玻璃鋼濕煙囪設計提供參考.關鍵詞:濕煙囪;玻璃鋼;濕法脫硫中圖分類號:TU271.1文獻標識碼:A文章編號: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,濕法煙氣脫硫技術在火力發(fā)電廠得到了廣泛應用.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,隨著國家節(jié)能減排工作的推進,近年來,不少中小型火電廠亦通過技術改造采用石灰石-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有降低,反而由于煙氣溫度降低而大大增加,國際工業(yè)煙囪協會(CICIND)1999年發(fā)布的鋼煙囪標準規(guī)程指出濕法脫硫后的煙囪應按照強腐蝕性煙氣來考慮煙囪結構設計,因此火電廠濕法脫硫改造后原有干煙囪將無法滿足強腐蝕性濕煙氣的排放.浙江省某熱電廠4臺130t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐原采用爐內噴石灰石脫硫,鍋爐煙氣經電除塵后排人錐形單筒砼煙囪,熱電廠于2009年對該4臺鍋爐進行了石灰石.石膏法煙氣深度脫硫改造,2臺爐共用1座脫硫塔,共設2座脫硫塔,由于場地限制不設GGH.濕法脫硫改造后擬新建一座高度120m的濕煙囪,供4臺鍋爐濕煙氣排放,同時保留原引風機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)臨時排放高溫煙氣用.由于熱電廠原有干煙囪可用于事故狀態(tài)高溫煙氣排放,因此新建的濕煙囪基本可以保證長時間工作在低溫條件下(50oC左右),僅存在短時高溫煙氣排放的可能.在綜合比較了鈦合金板,玻璃磚,玻璃鱗片,復合涂料及玻璃鋼等多種煙囪防腐材料的可靠性,投資造價,施工難度等因素后,結合廠區(qū)實際情況最終選定了玻璃鋼作為該工程濕煙囪防腐材料.由于國內小型火力發(fā)電廠玻璃濕煙囪案例較少,本文著重總結該工程中玻璃鋼煙囪的設計要點.1濕煙囪結構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,含腐蝕性介質的煙氣極易滲透到簡體內部,使煙囪內部結構遭受腐蝕,直接影響煙囪的安全.因此火力發(fā)電廠煙風煤粉收稿Et期:20110620作者簡介:余權(1982一),男,浙江上虞人,碩士,工程師,主要從事火力發(fā)電廠工程設計工作.磐蠡擎2011年,第5期一57管道設計技術規(guī)程配套設計計算方法(DL/T51212000)和火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)定(DL50221993)均要求:當排放強腐蝕性煙氣時,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筒分開,使外筒承重結構不與強腐蝕性炯氣接觸.兇此,該程設計中,玻璃鋼煙筒由于結構自重輕,氣密性好,耐強腐蝕,被用作濕煙氣排煙筒,錐形砼外筒作為玻璃鋼內筒的支撐結構.同時在內筒與外筒之間設計有1ITI以上的檢修和維護空間:一方面內筒煙氣發(fā)生泄漏容易被發(fā)現,并可立即對其進行局部補修;另一方面短時泄漏也不會直接腐蝕外筒而影響煙囪整體結構的安全,為整個熱電廠的安全穩(wěn)定運行提供可靠的保障.2玻璃鋼內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)點是內筒為一體化結構,氣密性較好,后期維護工作量小;缺點是煙囪外簡局部荷載較大,內筒承受軸向力較大,壁厚相對較厚.玻璃鋼密度較輕,僅為鋼的1/51/4,比金屬釩還輕1/3左右,機械強度卻很高,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場纏繞加工,并分節(jié)吊裝后將節(jié)點現場糊牢,因此若整座內筒荷載支撐在底部或頂部,玻璃鋼節(jié)點的強度較難保證,同時由于荷載較集中,玻璃鋼內筒的厚度需加厚,內筒投資也會大大增加.該1一程炯囪出口高度為120133,煙囪人口煙道高度約20m,因此實際玻璃鋼內筒長度約100Ill.設計中采用了內筒分段懸掛式支撐,自上而下分別分成33m,331TI,20m,121TI共4段,每段頂部設承重支撐,底部設導向支撐,各段內筒間采用非金屬材料復合軟連接,軸向每間隔3m外部設一道加強肋以保證內簡剛性,煙囪支撐見圖1.3玻璃鋼內筒筒體材料的選擇該丁程玻璃鋼煙囪設計溫度:濕法脫硫裝置正常投運時煙氣最高溫度為70qC,玻璃鋼內筒應能在該溫度下長時間連續(xù)運行;當濕法脫硫故障時,煙氣最高溫度為150,玻璃鋼內筒在該溫度下應可保證連續(xù)運行24h以上,且高溫煙氣不會一s8一對玻璃鋼壽命產生影響.圖l煙囪支撐形式根據玻璃鋼化工設備設計規(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計最高溫度為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的環(huán)氧乙烯基脂樹脂,制成的內簡可長時問耐高溫150,抗壓強度不低于110MPa.該工程玻璃鋼內筒由內向外依次為:(1)內表層由厚度為0.5mm,樹脂含量為95%的內壁防腐層和厚度2Illm,樹脂含量75%的次防腐層構成,內表層由無堿玻璃纖維和樹脂制成,主要作用為防腐及防滲漏;(2)玻璃鋼主體結構層,南耐水性和耐腐蝕性較強的無堿玻璃纖維(ECR型)浸潤結構層樹脂環(huán)向纏繞,螺旋纏繞配合單向布成型,厚度約17mm,樹脂含量35%左右,主要為筒體提供一定的剛度和強度;(3)外表層,厚度1mm,樹脂含量95%,主要起阻燃和保護作.該工程內表層,結構層采用SW907乙烯基樹脂,外表層采用SW9052阻燃乙烯基樹脂.內筒詳細結構見圖2.外表層結構層內表層圖2玻璃鋼內筒結構4玻璃鋼內筒煙氣流速的選擇內筒煙氣流速的選擇不僅直接影響煙囪初期的建設投資,而且直接關系到濕煙囪投運后的穩(wěn)定運行,濕煙囪煙氣流速的選擇不合理還會對周圍環(huán)境造成不良影響.玻璃鋼內筒煙氣流速的選擇主要需避免煙囪投運后煙囪降雨,煙羽下洗,并合理設計內筒內負壓,保證煙囪安全運行.當煙氣夾帶液滴并在煙囪周圍降落就會形成煙囪降雨,其主要成因一是脫硫塔除霧器除霧效果達不到標準,致使煙氣攜帶液滴進入煙囪,這部分帶水主要受除霧器和吸收塔設計影響;二是當飽和濕煙氣在煙道及煙囪內流動時,煙氣與外壁換熱引起一定的溫降,煙氣中的水蒸氣將凝結成水滴,并在煙道和煙囪內壁面冷凝,此時若煙囪中煙氣流速超過一定臨界值,這些冷凝下來的液滴將被煙氣重新夾帶,若煙氣流速小于該臨界值,這些液滴會沿內筒壁流下,并通過煙囪底部集液槽排出,可大大減少煙氣對液滴的二次夾帶.各類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)增強有機樹脂襯里煙囪運行時,煙囪出口環(huán)境側風會使煙羽垂直的流向發(fā)生偏轉,對于單個煙囪,煙羽的垂:卣分動量和風的水平分量動比值小于2.0時部分煙羽可能會被煙囪下風側形成的渦流夾帶,該現象稱為煙羽下洗,當發(fā)生煙羽下洗時,污染物的擴散受到影響,同時濕煙氣產生的冷凝液也將腐蝕煙囪本體結構層.因此,為了減少和避免煙羽下洗,煙囪出口煙氣流速不宜過低.為減少和避免濕煙囪降雨和煙羽下洗,美國電力研究院編制的濕煙囪設計導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內襯材料煙氣流速耐酸磚(磚砌結構的徑向允差為3mrr1)硼硅酸玻璃磚玻璃鋼合金,鈦或不銹鋼涂料1317l51815l818221822另外,根據火力發(fā)電廠煙風煤粉管道設計技術規(guī)程配套設計計算方法(DL/T51212000)要求,濕煙囪還需對其內部靜壓進行核算.表3為該工程煙囪主要設計參數.表3該工程煙囪主要設計參數煙囪高度/m煙氣人口高度/m玻璃鋼摩擦阻力系數多年平均大氣壓/Pa多年平均風速/m?s煙囪出口平均風速/m?s最熱月平均溫度/標態(tài)空氣密度/kg?m.標態(tài)煙氣密度/kg?m人口煙氣量/m?S.入口煙氣溫度/直型筒靜壓準則數: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.為排煙筒內徑;ao為煙氣空氣密度差;A為摩擦阻力系數;為煙氣動壓;為排煙筒全程高度.經計算,不同內筒直徑玻璃鋼煙囪筒內靜壓及流速結果如表4.當內筒直徑為3.8m時,靜壓準則數大于1,內筒全程處于正壓,若內筒及補償器發(fā)生泄漏則濕煙氣將影響威脅到外筒安全;當內筒直徑為4m和4.2m時,靜壓準則數均小于1,煙囪全程處于負壓,考慮到煙囪整體的工程造價,最終玻璃鋼內筒出口直徑選為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不同內筒直徑煙囪運行情況預測最終出口煙氣流速大于出口環(huán)境平均風速2倍,同時小于玻璃鋼煙囪二次夾帶的臨界流速,也符合美國電力研究院關于濕煙囪設計導則的建議流速,町減少煙羽下洗及煙囪降雨的可能性;內筒處于微負壓運行,當內筒發(fā)生局部破損時可保證煙氣不會向外泄漏,有效避免濕煙氣對外筒造成腐蝕,確保煙囪整體結構的安全可靠.該煙囪自2010年投運以來運行狀況良好,未發(fā)生明顯的煙羽下洗及煙囪降雨問題.發(fā)電廠濕煙囪設計時參考:(1)在煙囪整體結構形式的選取上,玻璃鋼濕煙囪宜采用玻璃鋼直內筒作為排煙筒,外部設砼或鋼支撐作為承重筒;(2)根據玻璃鋼自身制作特點,大型玻璃鋼排煙內筒可采用分段懸掛或分段支撐形式;(3)玻璃鋼內筒材質選取時須充分考慮煙氣最惡劣工況,宜采用耐高溫,耐腐蝕的乙烯基脂樹脂作為玻璃鋼制作材料;(4)濕煙囪內煙氣流速應根據電廠當地自然環(huán)境合理選取,以降低煙囪降雨和煙羽下洗的可能性,結合筒內靜壓情況玻璃鋼內筒的濕煙囪煙氣流速可在1518m/s范圍內選取.5結語參考文獻:煙囪是火電廠的一個重要構筑物,維持煙囪的安全運行至關重要,濕法脫硫后的濕煙氣直接影響煙囪運行的安全性和可靠性.本文中結合工程實例,對玻璃鋼濕煙囪的設計環(huán)節(jié)進行了分析,比較,總結得到了以下幾點經驗供類似小型火力1國際工業(yè)煙囪協會.鋼煙囪標準規(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手冊M.北京:中國電力版社,2006.3王亞峰,馬果駿.美國電力研究院(EPRI)濕煙囪設計導則J.上海電力,2006,5:469473.(上接第52頁)情況統計,擬定機組負荷按表分布,同時暫定機組在滿負荷時凝結水泵電機也為滿負荷運行,凝結水流量為額定流量,機組負荷為75%MCR時,凝結水流量為75%額定流量,機組負荷為50%MCR時,凝結水流量為50%額定流量.變頻前后凝結水泵電機耗量分別為793.5萬kwh和535萬kWh,年節(jié)電258.5萬kwh,按上網電價0.209元/kWh汁,可節(jié)約54萬元.一套高壓變頻器總價約140萬元,包括建設期9個月在內的靜態(tài)回收期為3.5a即可收回全部投資.表l負荷分布負荷/%每年小時數/hl007550150051416O04結論采用變頻調速技術取代傳統的節(jié)流調節(jié)方一60一式,可以大幅度降低廠用電率,減少發(fā)電成本;采用變頻調速還能提高機組自動裝置的穩(wěn)定性,改善電機的啟動性能,延長電機的壽命;減輕對管道和葉片的沖蝕,延長待檢修期,減輕檢修維護人員的工作量,減少檢修費用.電廠大功率水泵系統實現變頻調速,具有較好的經濟效益.參考文獻:1黃晉營.高壓凝結水泵變頻改造的應用J.廣西