汕尾发电厂烟囱内筒结构方案比较
钱 萍
广东省电力设计研究院
摘 要: 通过对脱硫烟囱的结构形式的介绍, 对钢内筒和砖内筒两种方案从脱硫工艺、结构耐久性、施工、经济指
标等方面进行了分析比较, 通过比较分析可以得出:烟囱采用钢内筒形式是合理可行的。
关键词: 脱硫烟囱; 结构形式; 钢内筒; 砖内筒
1 工程概况
汕尾发电厂位于广东省汕尾市红海湾经济开发区, 总体规划装机容量为8台600MW 机组, 首期工程(也称为汕尾发电厂1、2号机组工程) 为2台600MW 国产超临界燃煤机组。此地区抗震设防烈度为7度, 场地土类别为˚类, 100年一遇基本风压值为1. 0kN m 2。此期工程应业主要求采用2炉合用一座双管式烟囱, 每台锅炉设置1个排烟内筒, 排烟内筒高度为210m 。根据《广东省“十五”环境保护规划》的有关要求, 贯彻清洁生产、增产不增污的环境保护方针, 该期工程需设置烟气脱硫装置, 以减少SO 2排放。
2 脱硫工艺简况及对烟囱的影响
此项工程燃料以神府东胜煤为设计煤种, 晋北烟煤为校核煤种。设计煤种含硫量Sar =0. 41%; 校核煤种含硫量Sar =0. 63%。根据环保要求, 该工程需要采
) 措施。当前比较成熟的脱硫取烟气脱硫(简称“FGD ”
工艺有多种, 包括石灰石2石膏湿法脱硫、干法脱硫、海水脱硫等。经可行性研究阶段技术经济比较, 以及结合汕尾电厂的具体情况, 该工程拟采用湿法脱硫。
湿法脱硫工艺主要流程是:锅炉的烟气从引风机排出后进入烟气脱硫(FGD ) 系统。在脱硫系统内, 烟气首先进入烟气2烟气加热器(GGH ) 进行热交换, 烟气被冷却后, 温度降至约90℃, 然后进入吸收塔进行脱硫化学反应。吸收塔排出的清洁烟气又进入GGH 升温换热, 使烟气温度升高至80℃左右, 这样可使烟囱出口处烟气抬升高度提高并避免烟气形成白雾。GGH 之前装设有增压风机, 加热后的清洁烟气经增压风机排入烟囱。此项工程烟气脱硫系统装有100%的烟气旁路, 当锅炉启动或脱硫装置因故障而解列时, 烟气可不进入脱硫装置, 而通过旁路烟道直接进入烟囱排向大气。虽然进入烟囱的烟气经过脱硫后, 二氧化硫的含量大大减少, 但是, 由于经湿法脱硫后, 烟气湿度增加, 烟气温度降低, 烟气极易在烟囱的内壁结露形成腐蚀性很强的酸液。调查发现, 脱硫烟囱内的烟气有以下特点:(1) 烟气中水分含量高, 烟气湿度很大; (2) 烟气温度低, 一般在80℃左右; (3) 烟气中含有低温氟化物和
亚硫酸, 对烟囱结构有很强的腐蚀性; (4) 烟气中的酸液浓度低。
由于脱硫烟囱内烟气的上述特点, 对烟囱设计的影响有:(1) 烟气湿度大, 含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下, 对烟囱内侧结构致密度差的材料, 烟囱材料内部很容易受到腐
(2) 因脱硫后, 烟气含硫酸浓度蚀, 影响结构耐久性。
低, 产生的低浓度酸液比高浓度酸液对烟囱内筒的腐蚀性更强。低浓度酸液的温度在40～80℃时, 对结构材料的腐蚀速度比在其它温度时高出约数倍。
由此可知, 排放经脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多, 故在设计脱硫烟囱时, 烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。此外, 由于多种原因在烟囱运行时, 烟气有可能不进入脱硫装置而通过旁路烟道进入烟囱。此时, 烟气温度较高, 设计烟囱时, 必须考虑这一温度工况下运行对烟囱的影响。
3 汕尾电厂工程烟囱方案
近年来, 经过多种方案的比较, 大型火力发电厂烟囱方案总的趋势是采用多管式烟囱。多管式烟囱由外筒、内筒、平台和附属设施等部分组成。外筒一般采用钢筋混凝土结构; 内筒根据不同条件可采用耐酸砖、钢材、耐酸合金等结构; 为施工方便, 一般平台采用钢结构; 附属设施包括:航空信号标志、避雷接地装置、内部照明和通讯、上下垂直交通、监测系统、维修设施、通风措施等。
汕尾电厂1, 2号机组烟囱采用二炉合一座双管式烟囱, 每炉设一个排烟筒, 排烟内筒烟囱高度210m 。钢筋混凝土外筒高203m , 外筒上口直径约为16. 50m , 壁厚300mm , 下口直径约为23. 50m , 壁厚约900mm 。对此类烟囱内垂直交通, 国内设计一般仅考虑设置钢梯, 不设置电梯, 该工程也未考虑设置电梯。方案简图略。
现对烟囱内筒采用钢内筒和砖内筒2种方案进行比较分析。
3. 1 方案一:钢内筒方案
钢内筒由厚度为10～16mm 的钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒内径6m , 钢内筒直接支承于烟
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囱零米地面标高处。烟囱内部沿高度每隔30～40m 布置一个钢结构平台, 作为检修工作平台。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置, 以保证钢内筒的横向整体稳定。钢排烟内筒外侧设置厚度80mm 保温层, 烟囱顶部平台以上部位的钢内筒保温层外须用不锈钢板包裹。
钢内筒采用耐硫酸露点腐蚀钢板, 在钢内筒结构设计计算时, 预留了2mm 厚度的腐蚀富余度。
钢内筒内表面可涂耐酸防腐涂料或浇筑一层厚度为60mm 的耐腐蚀轻质细颗粒钢丝网混凝土耐酸防腐层, 轻质细颗粒混凝土防腐层的胶结料为钾硅砂浆, 细颗粒填充料采用耐酸陶粒和陶瓷, 轻质细颗粒混凝土防腐层内配有钢筋网, 并与钢内筒有锚筋联结。3. 2 方案二:砖内筒方案
砖内筒采用上釉的耐酸耐热砖, 耐酸胶泥砌筑。砖内筒外侧设置厚度50mm 保温层, 烟囱顶部平台以上部位的砖内筒保温层外须用不锈钢板包裹。砖内筒厚度为200mm 厚, 在工艺运行条件不变的情况下, 内筒内径要求6. 8m , 每10～15m 设检修钢平台作为砖内筒的分段支承平台。平台的设置较钢内筒密, 从而增加烟囱的自重。另一方面砖内筒的灰缝在施工过程中很难保证密实, 因此整个结构的致密性差。一旦出现裂缝, 烟气泄露, 钢筋混凝土外筒及平台将会受到腐蚀。而平台为砖内筒的承重构件, 它的腐蚀将直接危及砖内筒的安全, 其后果非常严重。
受腐蚀的危害更大, 譬如砖内筒(砖砌体内筒的竖向砖缝无法使耐酸胶泥充填密实) , 从而使砖内筒及保温层很容易受到腐蚀, 影响结构耐久性。而且在风荷载和地震的作用下, 烟囱的钢筋混凝土外筒和砌筑砖之间不可避免的会产生不协调的变形(烟囱顶部位移最大可达1. 5m 以上) , 这些变形将引起砖内筒产生裂缝, 而且这些裂缝还会不断扩展, 从而使烟囱内部材料受到腐蚀, 尤其是在各分段的接头处, 裂缝最容易产生, 一旦该处钢平台的主要受力构件受到严重腐蚀将影响到整个结构的稳定性和安全性。
(3) 施工方面 烟囱采用砖内筒, 其自重将比钢内筒增加很多, 这对于抗震都是不利的, 而且基础的造价增加。砖内筒对施工技术要求高, 施工周期长, 施工质量难以保证。但在检修维护方面, 砖内筒的检修相对比较简单。
(4) 经济方面 根据钢内筒方案和砖内筒方案的有关材料用量工程造价预算值的比较, 见表1。
表1 汕尾发电厂工程烟囱方案经济指标名称
耐硫酸露点用钢排烟筒t 耐酸耐热砖块耐酸胶泥t 耐酸浇筑料m 3
钢内筒耐侯油漆m 2
方案一钢内筒[***********]7501050--5609100
3544
主要工程量
4 砖内筒方案与钢内筒方案的比较
(1) 烟囱出口烟速方面 烟囱的选型应能符合环保要求。按环保要求, 烟囱出口处烟速应不低于烟囱出口处平均风速的1. 5倍, 且不低于8m s 。
根据本工程气象资料, 平均风速为3. 3m s (10m 高处) , 烟囱高度为H 0=210m , 则烟囱出口处的
方案二砖内筒[***********]880-1560000600--3567
5 结 论
综合以上技术经济的比较可以看出, 在烟囱总造价方面, 钢内筒与砖内筒的造价大体上持平。采用钢内筒方案不仅可以更好的满足环保关于烟气排放的要求, 而且在耐久性及施工周期等方面均较砖内筒方案优越。以往砖内筒方案多用于未脱硫电厂, 对于脱硫电厂其适用性如何目前还没有长期的运行实践可提供判断。因此此项烟囱采用双钢内筒的结构形式无论在技术上还是经济上都是适合的。
作为电厂的烟囱, 不能将它看成是纯粹的一种土建构筑物, 应该将它看成是一种设备, 既然是一种设备就要以发展的眼光来看待它, 应与时俱进。
参考文献
[1] DL T 512122000. 火力发电厂烟风粉煤管道设计技术
规程[S ].
[2] DL 5022-93. 火力发电厂土建结构设计技术规定[S ]. [3] GB 5005122002. 烟囱设计规范[S ].
[4] GB 50046295. 工业建筑防腐蚀设计规范[S ].
平均风速为
0. 15
W F =3. 3×(21010) =5. 21m s 因此, 该工程烟囱出口处烟速应不低于8m s 。
烟囱的出口烟速与其型式密切相关, 砖内筒受静压限制, 出口烟速较低, 而钢内筒可有较高的出口烟速。而且烟气的流速与内筒的粗糙度-即摩擦阻力系数有关, 砖内筒K =0. 05, 而钢内筒K =0. 015, 在相同条件下, 后者可采用的流速比前者大得多。
对钢内筒和砖内筒在不同排烟管直径下的排烟速度、烟囱运行压力的计算比较得出, 当采用钢内筒时, 由于其允许微正压运行, 内筒直径取为6m 是合适的, 可减少投资和占地面积, 有利水平烟道和脱硫系统布置, 并大于环保要求的排烟速度。当采用砖内筒时, 规程规定其只能在负压状态下运行, 因此, 内筒直径必须取6. 8m 以上, 外筒直径也要相应增大, 投资增加, 占地面积大, 水平烟道和脱硫系统布置困难。
(2) 烟囱耐久性方面 经过脱硫后, 烟气湿度大, 含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下, 对烟囱内侧结构致密度差的材料, 其
收稿日期:2004206206.
钱 萍:女, 研究生; 广州, 广东省设计研究院(510600) .
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汕尾发电厂烟囱内筒结构方案比较
钱 萍
广东省电力设计研究院
摘 要: 通过对脱硫烟囱的结构形式的介绍, 对钢内筒和砖内筒两种方案从脱硫工艺、结构耐久性、施工、经济指
标等方面进行了分析比较, 通过比较分析可以得出:烟囱采用钢内筒形式是合理可行的。
关键词: 脱硫烟囱; 结构形式; 钢内筒; 砖内筒
1 工程概况
汕尾发电厂位于广东省汕尾市红海湾经济开发区, 总体规划装机容量为8台600MW 机组, 首期工程(也称为汕尾发电厂1、2号机组工程) 为2台600MW 国产超临界燃煤机组。此地区抗震设防烈度为7度, 场地土类别为˚类, 100年一遇基本风压值为1. 0kN m 2。此期工程应业主要求采用2炉合用一座双管式烟囱, 每台锅炉设置1个排烟内筒, 排烟内筒高度为210m 。根据《广东省“十五”环境保护规划》的有关要求, 贯彻清洁生产、增产不增污的环境保护方针, 该期工程需设置烟气脱硫装置, 以减少SO 2排放。
2 脱硫工艺简况及对烟囱的影响
此项工程燃料以神府东胜煤为设计煤种, 晋北烟煤为校核煤种。设计煤种含硫量Sar =0. 41%; 校核煤种含硫量Sar =0. 63%。根据环保要求, 该工程需要采
) 措施。当前比较成熟的脱硫取烟气脱硫(简称“FGD ”
工艺有多种, 包括石灰石2石膏湿法脱硫、干法脱硫、海水脱硫等。经可行性研究阶段技术经济比较, 以及结合汕尾电厂的具体情况, 该工程拟采用湿法脱硫。
湿法脱硫工艺主要流程是:锅炉的烟气从引风机排出后进入烟气脱硫(FGD ) 系统。在脱硫系统内, 烟气首先进入烟气2烟气加热器(GGH ) 进行热交换, 烟气被冷却后, 温度降至约90℃, 然后进入吸收塔进行脱硫化学反应。吸收塔排出的清洁烟气又进入GGH 升温换热, 使烟气温度升高至80℃左右, 这样可使烟囱出口处烟气抬升高度提高并避免烟气形成白雾。GGH 之前装设有增压风机, 加热后的清洁烟气经增压风机排入烟囱。此项工程烟气脱硫系统装有100%的烟气旁路, 当锅炉启动或脱硫装置因故障而解列时, 烟气可不进入脱硫装置, 而通过旁路烟道直接进入烟囱排向大气。虽然进入烟囱的烟气经过脱硫后, 二氧化硫的含量大大减少, 但是, 由于经湿法脱硫后, 烟气湿度增加, 烟气温度降低, 烟气极易在烟囱的内壁结露形成腐蚀性很强的酸液。调查发现, 脱硫烟囱内的烟气有以下特点:(1) 烟气中水分含量高, 烟气湿度很大; (2) 烟气温度低, 一般在80℃左右; (3) 烟气中含有低温氟化物和
亚硫酸, 对烟囱结构有很强的腐蚀性; (4) 烟气中的酸液浓度低。
由于脱硫烟囱内烟气的上述特点, 对烟囱设计的影响有:(1) 烟气湿度大, 含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下, 对烟囱内侧结构致密度差的材料, 烟囱材料内部很容易受到腐
(2) 因脱硫后, 烟气含硫酸浓度蚀, 影响结构耐久性。
低, 产生的低浓度酸液比高浓度酸液对烟囱内筒的腐蚀性更强。低浓度酸液的温度在40～80℃时, 对结构材料的腐蚀速度比在其它温度时高出约数倍。
由此可知, 排放经脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多, 故在设计脱硫烟囱时, 烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。此外, 由于多种原因在烟囱运行时, 烟气有可能不进入脱硫装置而通过旁路烟道进入烟囱。此时, 烟气温度较高, 设计烟囱时, 必须考虑这一温度工况下运行对烟囱的影响。
3 汕尾电厂工程烟囱方案
近年来, 经过多种方案的比较, 大型火力发电厂烟囱方案总的趋势是采用多管式烟囱。多管式烟囱由外筒、内筒、平台和附属设施等部分组成。外筒一般采用钢筋混凝土结构; 内筒根据不同条件可采用耐酸砖、钢材、耐酸合金等结构; 为施工方便, 一般平台采用钢结构; 附属设施包括:航空信号标志、避雷接地装置、内部照明和通讯、上下垂直交通、监测系统、维修设施、通风措施等。
汕尾电厂1, 2号机组烟囱采用二炉合一座双管式烟囱, 每炉设一个排烟筒, 排烟内筒烟囱高度210m 。钢筋混凝土外筒高203m , 外筒上口直径约为16. 50m , 壁厚300mm , 下口直径约为23. 50m , 壁厚约900mm 。对此类烟囱内垂直交通, 国内设计一般仅考虑设置钢梯, 不设置电梯, 该工程也未考虑设置电梯。方案简图略。
现对烟囱内筒采用钢内筒和砖内筒2种方案进行比较分析。
3. 1 方案一:钢内筒方案
钢内筒由厚度为10～16mm 的钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒内径6m , 钢内筒直接支承于烟
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囱零米地面标高处。烟囱内部沿高度每隔30～40m 布置一个钢结构平台, 作为检修工作平台。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置, 以保证钢内筒的横向整体稳定。钢排烟内筒外侧设置厚度80mm 保温层, 烟囱顶部平台以上部位的钢内筒保温层外须用不锈钢板包裹。
钢内筒采用耐硫酸露点腐蚀钢板, 在钢内筒结构设计计算时, 预留了2mm 厚度的腐蚀富余度。
钢内筒内表面可涂耐酸防腐涂料或浇筑一层厚度为60mm 的耐腐蚀轻质细颗粒钢丝网混凝土耐酸防腐层, 轻质细颗粒混凝土防腐层的胶结料为钾硅砂浆, 细颗粒填充料采用耐酸陶粒和陶瓷, 轻质细颗粒混凝土防腐层内配有钢筋网, 并与钢内筒有锚筋联结。3. 2 方案二:砖内筒方案
砖内筒采用上釉的耐酸耐热砖, 耐酸胶泥砌筑。砖内筒外侧设置厚度50mm 保温层, 烟囱顶部平台以上部位的砖内筒保温层外须用不锈钢板包裹。砖内筒厚度为200mm 厚, 在工艺运行条件不变的情况下, 内筒内径要求6. 8m , 每10～15m 设检修钢平台作为砖内筒的分段支承平台。平台的设置较钢内筒密, 从而增加烟囱的自重。另一方面砖内筒的灰缝在施工过程中很难保证密实, 因此整个结构的致密性差。一旦出现裂缝, 烟气泄露, 钢筋混凝土外筒及平台将会受到腐蚀。而平台为砖内筒的承重构件, 它的腐蚀将直接危及砖内筒的安全, 其后果非常严重。
受腐蚀的危害更大, 譬如砖内筒(砖砌体内筒的竖向砖缝无法使耐酸胶泥充填密实) , 从而使砖内筒及保温层很容易受到腐蚀, 影响结构耐久性。而且在风荷载和地震的作用下, 烟囱的钢筋混凝土外筒和砌筑砖之间不可避免的会产生不协调的变形(烟囱顶部位移最大可达1. 5m 以上) , 这些变形将引起砖内筒产生裂缝, 而且这些裂缝还会不断扩展, 从而使烟囱内部材料受到腐蚀, 尤其是在各分段的接头处, 裂缝最容易产生, 一旦该处钢平台的主要受力构件受到严重腐蚀将影响到整个结构的稳定性和安全性。
(3) 施工方面 烟囱采用砖内筒, 其自重将比钢内筒增加很多, 这对于抗震都是不利的, 而且基础的造价增加。砖内筒对施工技术要求高, 施工周期长, 施工质量难以保证。但在检修维护方面, 砖内筒的检修相对比较简单。
(4) 经济方面 根据钢内筒方案和砖内筒方案的有关材料用量工程造价预算值的比较, 见表1。
表1 汕尾发电厂工程烟囱方案经济指标名称
耐硫酸露点用钢排烟筒t 耐酸耐热砖块耐酸胶泥t 耐酸浇筑料m 3
钢内筒耐侯油漆m 2
方案一钢内筒[***********]7501050--5609100
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主要工程量
4 砖内筒方案与钢内筒方案的比较
(1) 烟囱出口烟速方面 烟囱的选型应能符合环保要求。按环保要求, 烟囱出口处烟速应不低于烟囱出口处平均风速的1. 5倍, 且不低于8m s 。
根据本工程气象资料, 平均风速为3. 3m s (10m 高处) , 烟囱高度为H 0=210m , 则烟囱出口处的
方案二砖内筒[***********]880-1560000600--3567
5 结 论
综合以上技术经济的比较可以看出, 在烟囱总造价方面, 钢内筒与砖内筒的造价大体上持平。采用钢内筒方案不仅可以更好的满足环保关于烟气排放的要求, 而且在耐久性及施工周期等方面均较砖内筒方案优越。以往砖内筒方案多用于未脱硫电厂, 对于脱硫电厂其适用性如何目前还没有长期的运行实践可提供判断。因此此项烟囱采用双钢内筒的结构形式无论在技术上还是经济上都是适合的。
作为电厂的烟囱, 不能将它看成是纯粹的一种土建构筑物, 应该将它看成是一种设备, 既然是一种设备就要以发展的眼光来看待它, 应与时俱进。
参考文献
[1] DL T 512122000. 火力发电厂烟风粉煤管道设计技术
规程[S ].
[2] DL 5022-93. 火力发电厂土建结构设计技术规定[S ]. [3] GB 5005122002. 烟囱设计规范[S ].
[4] GB 50046295. 工业建筑防腐蚀设计规范[S ].
平均风速为
0. 15
W F =3. 3×(21010) =5. 21m s 因此, 该工程烟囱出口处烟速应不低于8m s 。
烟囱的出口烟速与其型式密切相关, 砖内筒受静压限制, 出口烟速较低, 而钢内筒可有较高的出口烟速。而且烟气的流速与内筒的粗糙度-即摩擦阻力系数有关, 砖内筒K =0. 05, 而钢内筒K =0. 015, 在相同条件下, 后者可采用的流速比前者大得多。
对钢内筒和砖内筒在不同排烟管直径下的排烟速度、烟囱运行压力的计算比较得出, 当采用钢内筒时, 由于其允许微正压运行, 内筒直径取为6m 是合适的, 可减少投资和占地面积, 有利水平烟道和脱硫系统布置, 并大于环保要求的排烟速度。当采用砖内筒时, 规程规定其只能在负压状态下运行, 因此, 内筒直径必须取6. 8m 以上, 外筒直径也要相应增大, 投资增加, 占地面积大, 水平烟道和脱硫系统布置困难。
(2) 烟囱耐久性方面 经过脱硫后, 烟气湿度大, 含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下, 对烟囱内侧结构致密度差的材料, 其
收稿日期:2004206206.
钱 萍:女, 研究生; 广州, 广东省设计研究院(510600) .
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