小型火力发电厂玻璃钢湿烟囱设计实例.doc

小型火力发电厂玻璃钢湿烟囱设计实例小型火力发电厂玻璃钢湿烟囱设计实例余权,石化彪,冯志翔,沈林华(中国联合工程公司,浙江杭州310022)摘要:通过对玻璃钢烟囱的结构形式,支撑方式,玻璃钢排烟筒材质以及烟气流速取值等方面分析,总结了浙江省某热电厂4台130t/h燃煤锅炉湿法脱硫改造后新建的一座玻璃钢湿烟囱的设计要点,为类似小型火力发电厂今后玻璃钢湿烟囱设计提供参考.关键词:湿烟囱;玻璃钢;湿法脱硫中图分类号:TU271.1文献标识码:A文章编号: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,湿法烟气脱硫技术在火力发电厂得到了广泛应用.石灰石一石膏法具有脱硫效率高,烟气处理能力大等优点,随着国家节能减排工作的推进,近年来,不少中小型火电厂亦通过技术改造采用石灰石-石膏法作为烟气脱硫工艺.但是湿法脱硫后烟气的腐蚀性不但没有降低,反而由于烟气温度降低而大大增加,国际工业烟囱协会(CICIND)1999年发布的钢烟囱标准规程指出湿法脱硫后的烟囱应按照强腐蚀性烟气来考虑烟囱结构设计,因此火电厂湿法脱硫改造后原有干烟囱将无法满足强腐蚀性湿烟气的排放.浙江省某热电厂4台130t/h燃煤循环流化床锅炉原采用炉内喷石灰石脱硫,锅炉烟气经电除尘后排人锥形单筒砼烟囱,热电厂于2009年对该4台锅炉进行了石灰石.石膏法烟气深度脱硫改造,2台炉共用1座脱硫塔,共设2座脱硫塔,由于场地限制不设GGH.湿法脱硫改造后拟新建一座高度120m的湿烟囱,供4台锅炉湿烟气排放,同时保留原引风机至于烟囱之间的烟道及挡板,原干烟囱作为脱硫塔事故状态临时排放高温烟气用.由于热电厂原有干烟囱可用于事故状态高温烟气排放,因此新建的湿烟囱基本可以保证长时间工作在低温条件下(50oC左右),仅存在短时高温烟气排放的可能.在综合比较了钛合金板,玻璃砖,玻璃鳞片,复合涂料及玻璃钢等多种烟囱防腐材料的可靠性,投资造价,施工难度等因素后,结合厂区实际情况最终选定了玻璃钢作为该工程湿烟囱防腐材料.由于国内小型火力发电厂玻璃湿烟囱案例较少,本文着重总结该工程中玻璃钢烟囱的设计要点.1湿烟囱结构形式的选择湿法脱硫后,由于烟气温度降低,含水量增大,烟筒的烟气压力升高,含腐蚀性介质的烟气极易渗透到简体内部,使烟囱内部结构遭受腐蚀,直接影响烟囱的安全.因此火力发电厂烟风煤粉收稿Et期:20110620作者简介:余权(1982一),男,浙江上虞人,硕士,工程师,主要从事火力发电厂工程设计工作.磐蠡擎2011年,第5期一57管道设计技术规程配套设计计算方法(DL/T51212000)和火力发电厂土建结构设计技术规定(DL50221993)均要求:当排放强腐蚀性烟气时,宜采用(单管)套筒式或(多管)集束式一直型筒烟囱,把承重的外筒和排烟内筒分开,使外筒承重结构不与强腐蚀性炯气接触.凶此,该程设计中,玻璃钢烟筒由于结构自重轻,气密性好,耐强腐蚀,被用作湿烟气排烟筒,锥形砼外筒作为玻璃钢内筒的支撑结构.同时在内筒与外筒之间设计有1ITI以上的检修和维护空间:一方面内筒烟气发生泄漏容易被发现,并可立即对其进行局部补修;另一方面短时泄漏也不会直接腐蚀外筒而影响烟囱整体结构的安全,为整个热电厂的安全稳定运行提供可靠的保障.2玻璃钢内筒支撑形式的选择目前大中型火力发电厂通用的套筒式钢内筒炯囱支撑形式基本为底部自承重式或顶部悬挂式,这两种形式的优点是内筒为一体化结构,气密性较好,后期维护工作量小;缺点是烟囱外简局部荷载较大,内筒承受轴向力较大,壁厚相对较厚.玻璃钢密度较轻,仅为钢的1/51/4,比金属钒还轻1/3左右,机械强度却很高,某些性能甚至接近普通碳钢.但大直径的玻璃钢烟筒须在现场缠绕加工,并分节吊装后将节点现场糊牢,因此若整座内筒荷载支撑在底部或顶部,玻璃钢节点的强度较难保证,同时由于荷载较集中,玻璃钢内筒的厚度需加厚,内筒投资也会大大增加.该1一程炯囱出口高度为120133,烟囱人口烟道高度约20m,因此实际玻璃钢内筒长度约100Ill.设计中采用了内筒分段悬挂式支撑,自上而下分别分成33m,331TI,20m,121TI共4段,每段顶部设承重支撑,底部设导向支撑,各段内筒间采用非金属材料复合软连接,轴向每间隔3m外部设一道加强肋以保证内简刚性,烟囱支撑见图1.3玻璃钢内筒筒体材料的选择该丁程玻璃钢烟囱设计温度:湿法脱硫装置正常投运时烟气最高温度为70qC,玻璃钢内筒应能在该温度下长时间连续运行;当湿法脱硫故障时,烟气最高温度为150,玻璃钢内筒在该温度下应可保证连续运行24h以上,且高温烟气不会一s8一对玻璃钢寿命产生影响.图l烟囱支撑形式根据玻璃钢化工设备设计规定(HG/T206961999)规定具有耐高温度特性乙烯基酯不饱和聚酯玻璃钢设计最高温度为120,该丁程中玻璃钢采用了耐腐蚀性,耐氧化性,耐热性及耐溶剂性较强的环氧乙烯基脂树脂,制成的内简可长时问耐高温150,抗压强度不低于110MPa.该工程玻璃钢内筒由内向外依次为:(1)内表层由厚度为0.5mm,树脂含量为95%的内壁防腐层和厚度2Illm,树脂含量75%的次防腐层构成,内表层由无碱玻璃纤维和树脂制成,主要作用为防腐及防渗漏;(2)玻璃钢主体结构层,南耐水性和耐腐蚀性较强的无碱玻璃纤维(ECR型)浸润结构层树脂环向缠绕,螺旋缠绕配合单向布成型,厚度约17mm,树脂含量35%左右,主要为筒体提供一定的刚度和强度;(3)外表层,厚度1mm,树脂含量95%,主要起阻燃和保护作.该工程内表层,结构层采用SW907乙烯基树脂,外表层采用SW9052阻燃乙烯基树脂.内筒详细结构见图2.外表层结构层内表层图2玻璃钢内筒结构4玻璃钢内筒烟气流速的选择内筒烟气流速的选择不仅直接影响烟囱初期的建设投资,而且直接关系到湿烟囱投运后的稳定运行,湿烟囱烟气流速的选择不合理还会对周围环境造成不良影响.玻璃钢内筒烟气流速的选择主要需避免烟囱投运后烟囱降雨,烟羽下洗,并合理设计内筒内负压,保证烟囱安全运行.当烟气夹带液滴并在烟囱周围降落就会形成烟囱降雨,其主要成因一是脱硫塔除雾器除雾效果达不到标准,致使烟气携带液滴进入烟囱,这部分带水主要受除雾器和吸收塔设计影响;二是当饱和湿烟气在烟道及烟囱内流动时,烟气与外壁换热引起一定的温降,烟气中的水蒸气将凝结成水滴,并在烟道和烟囱内壁面冷凝,此时若烟囱中烟气流速超过一定临界值,这些冷凝下来的液滴将被烟气重新夹带,若烟气流速小于该临界值,这些液滴会沿内筒壁流下,并通过烟囱底部集液槽排出,可大大减少烟气对液滴的二次夹带.各类烟囱烟气二次夹带的流速如表1所示,玻璃钢排烟筒的烟气临界带水流速在20m/s左右.表1各种湿烟囱材料烟气二次带水临界流速mS内衬材料烟气临界流速耐酸砖/胶泥合金C一276碳钢板/硼硅酸盐玻璃泡沫块碳钢板/上釉陶瓷砖板玻璃钢(FRP)增强有机树脂衬里烟囱运行时,烟囱出口环境侧风会使烟羽垂直的流向发生偏转,对于单个烟囱,烟羽的垂:卣分动量和风的水平分量动比值小于2.0时部分烟羽可能会被烟囱下风侧形成的涡流夹带,该现象称为烟羽下洗,当发生烟羽下洗时,污染物的扩散受到影响,同时湿烟气产生的冷凝液也将腐蚀烟囱本体结构层.因此,为了减少和避免烟羽下洗,烟囱出口烟气流速不宜过低.为减少和避免湿烟囱降雨和烟羽下洗,美国电力研究院编制的湿烟囱设计导则烟囱建议流速如表2所示.表2建议的烟气流速范围m?S内衬材料烟气流速耐酸砖(砖砌结构的径向允差为3mrr1)硼硅酸玻璃砖玻璃钢合金,钛或不锈钢涂料1317l51815l818221822另外,根据火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法(DL/T51212000)要求,湿烟囱还需对其内部静压进行核算.表3为该工程烟囱主要设计参数.表3该工程烟囱主要设计参数烟囱高度/m烟气人口高度/m玻璃钢摩擦阻力系数多年平均大气压/Pa多年平均风速/m?s烟囱出口平均风速/m?s最热月平均温度/标态空气密度/kg?m.标态烟气密度/kg?m人口烟气量/m?S.入口烟气温度/直型筒静压准则数:R=A加/(gApd.)(1)直型筒最高静压值发生在底部,公式如下:尸加=gapn.(一1)(2)式中:d.为排烟筒内径;ao为烟气空气密度差;A为摩擦阻力系数;为烟气动压;为排烟筒全程高度.经计算,不同内筒直径玻璃钢烟囱筒内静压及流速结果如表4.当内筒直径为3.8m时,静压准则数大于1,内筒全程处于正压,若内筒及补偿器发生泄漏则湿烟气将影响威胁到外筒安全;当内筒直径为4m和4.2m时,静压准则数均小于1,烟囱全程处于负压,考虑到烟囱整体的工程造价,最终玻璃钢内筒出口直径选为4.0m,出口烟气流速为l6.73m/s.辩赫嚣2011年,第5期一59一一一一一m一一一一m一加枷表4不同内筒直径烟囱运行情况预测最终出口烟气流速大于出口环境平均风速2倍,同时小于玻璃钢烟囱二次夹带的临界流速,也符合美国电力研究院关于湿烟囱设计导则的建议流速,町减少烟羽下洗及烟囱降雨的可能性;内筒处于微负压运行,当内筒发生局部破损时可保证烟气不会向外泄漏,有效避免湿烟气对外筒造成腐蚀,确保烟囱整体结构的安全可靠.该烟囱自2010年投运以来运行状况良好,未发生明显的烟羽下洗及烟囱降雨问题.发电厂湿烟囱设计时参考:(1)在烟囱整体结构形式的选取上,玻璃钢湿烟囱宜采用玻璃钢直内筒作为排烟筒,外部设砼或钢支撑作为承重筒;(2)根据玻璃钢自身制作特点,大型玻璃钢排烟内筒可采用分段悬挂或分段支撑形式;(3)玻璃钢内筒材质选取时须充分考虑烟气最恶劣工况,宜采用耐高温,耐腐蚀的乙烯基脂树脂作为玻璃钢制作材料;(4)湿烟囱内烟气流速应根据电厂当地自然环境合理选取,以降低烟囱降雨和烟羽下洗的可能性,结合筒内静压情况玻璃钢内筒的湿烟囱烟气流速可在1518m/s范围内选取.5结语参考文献:烟囱是火电厂的一个重要构筑物,维持烟囱的安全运行至关重要,湿法脱硫后的湿烟气直接影响烟囱运行的安全性和可靠性.本文中结合工程实例,对玻璃钢湿烟囱的设计环节进行了分析,比较,总结得到了以下几点经验供类似小型火力1国际工业烟囱协会.钢烟囱标准规程s.1999.2周至祥,段建中,薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册M.北京:中国电力版社,2006.3王亚峰,马果骏.美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则J.上海电力,2006,5:469473.(上接第52页)情况统计,拟定机组负荷按表分布,同时暂定机组在满负荷时凝结水泵电机也为满负荷运行,凝结水流量为额定流量,机组负荷为75%MCR时,凝结水流量为75%额定流量,机组负荷为50%MCR时,凝结水流量为50%额定流量.变频前后凝结水泵电机耗量分别为793.5万kwh和535万kWh,年节电258.5万kwh,按上网电价0.209元/kWh汁,可节约54万元.一套高压变频器总价约140万元,包括建设期9个月在内的静态回收期为3.5a即可收回全部投资.表l负荷分布负荷/%每年小时数/hl007550150051416O04结论采用变频调速技术取代传统的节流调节方一60一式,可以大幅度降低厂用电率,减少发电成本;采用变频调速还能提高机组自动装置的稳定性,改善电机的启动性能,延长电机的寿命;减轻对管道和叶片的冲蚀,延长待检修期,减轻检修维护人员的工作量,减少检修费用.电厂大功率水泵系统实现变频调速,具有较好的经济效益.参考文献:1黄晋营.高压凝结水泵变频改造的应用J.广西