关于四新技术“烟塔合一”的探讨

郝俊峰

[摘 要]本文通过四新技术“烟塔合一”在火电厂生产中起到的积极作用，提出该技术极适应今后火力发电厂生产过程。然后进一步探讨如何再加以改进，以适应火电厂在节能环保发展上的需求。

[关键词]四新技术；烟塔合一；发展需求

大唐哈尔滨第一热电厂新建工程厂址位于哈尔滨市群力新区。电厂一期装机容量为2×300MW的供热机组，规划容量为4×300MW。本工程设计煤种为低硫烟煤，设有脱硝、湿法脱硫装置。

由于本项目的厂址在机场的限高区域内，限制高度为105m，采用这一高度的烟囱难以满足环保要求。根据国外的实践经验，如果采用冷却塔排放烟气（即烟塔合一），将有利于烟气的抬升和污染物扩散。由黑龙江省电力勘察设计研究院设计的大唐哈尔滨第一热电厂新建工程项目，在黑龙江省首次采用“烟塔合一”先进技术，将烟囱和冷却塔合二为一，取消独立烟囱，同步建设脱硝、无旁路脱硫装置，采用湿法烟气脱硫工艺，利用冷却塔排放烟气，将锅炉烟气经脱硝、除尘、脱硫后由自然通风冷却塔排放到大气中，冷却塔既有原有的散热功能，又替代烟囱排放脱硝、除尘、脱硫后的洁净烟气，这样可充分利用冷却塔内巨大的热空气能量，将通过烟道排放的湿烟气进行抬升并排放，从而提高周边环境质量，提高能源利用率。

1 烟塔合一技术依据及特点

1.1技术依据

大唐哈尔滨第一热电厂2×300MW工程1#、2#排烟冷却塔工程设计2座，冷却塔高105m，底部直径为77m，出口直径为46.8m，其淋水面积为3850m2，塔内玻璃钢烟道水平段长48m，垂直段长7.8m，直径5.1m，重量61t。烟塔的基本结构包括烟塔本体、烟道、塔芯填料等。烟塔构件包括塔壳、壳支柱、环基、桩基、进水管道、塔内竖并管道、布水槽、冷却水池、冷却水出口等。

由于采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，烟气经石灰石（湿法）脱硫后，烟温一般在50℃左右，50℃的烟气与室外空气密度差较小，烟囱壁散热导致的烟气温降（烟囱非双曲线形），其流动特性不及冷却塔，加上气候变化的影响，致使经脱硫后50℃的烟气很难通过烟囱排放。若采用烟囱排放须增加回转式GGH，对烟气进行加热，温度达到SO2的露点温度（72℃）以上，这样会导致系统复杂，初投资及运行費用增加，冷却塔具有一定高度，比烟囱的表面积大许多，而且采用冷却塔排烟则无须对烟气进行加热，不用GGH，还可以合并锅炉引风机和脱硫增压风机，降低电厂建设费用，有利于降低发电成本。二是由于厂址位于哈尔滨市区，距太平国际机场约为17km，处于航线净空区范围内，对附近构筑物的高度有限制。采用烟塔合一技术可有效避开航空影响。三是冷却塔内、外排烟烟道采用抗腐蚀的玻璃钢材料，无需采用额外的防腐措施。四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的扩散，降低其落地浓度，进而提高排烟效率，减少环境污染。

1.2排烟冷却塔设计

排烟冷却塔设计为烟塔合一技术核心，要求冷却塔在保证正常汽轮机循环冷却水冷却的情况下，使排入的脱硫净烟气达到环保要求排放，其关键技术为冷却塔线形及尺寸、冷却塔强度（开孔技术）、冷却塔防腐和汽轮机循环冷却水冷却几个方面。

GEA公司设计的冷却塔烟气通过烟道上的喇叭口直接排放至冷却塔内，并与冷却塔中的水气混合后通过冷却塔出口排入大气中。排烟冷却塔布置剖面图如图所示。

1.3 冷却塔的防腐

本期工程烟塔防腐工程包括风筒内表面喉部以上、风筒内表面喉部以下（含人字柱）、风筒外表面、竖井、水池、水槽等总面积2×49500m2。采用德国固斯特建筑化工集团生产的具有耐温、防腐性能的水泥基渗透结晶防腐材料。根据抗酸腐蚀的水泥基类材料对火电厂烟塔合一结构进行防腐处理在联邦德国成功地投入使用这一事实，经过专家的反复论证，我厂选用德国固斯特建筑化工集团的水泥基渗透结晶结构性防腐防护方案。全部产品为德国原装进口。

斯特烟塔结构矿物质基渗透结晶防腐防护方案的特点在于：材料除了满足烟塔合一结构运行工况要求的具有良好的耐水、耐温、耐化学介质、耐冲刷、耐老化等指标外，不仅与混凝土的理化特性接近，而且二者能够通过理化反应完全融为一体。因此固斯特材料最大特点是用无机的材料来保护无机的混凝土基体，就材料理论讲，固斯特水泥基渗透结晶防腐防护体系与混凝土结构同寿命。这是国内目前所有其他防腐材料所不具备的一大优势。

1.4 冷却塔防冻措施

冷却塔考虑采取如下防冻措施：

1.4.1冷却塔采用闸板门控制的1点配水系统，采用内、外圈分区配水的方式，通过闸板门控制内外圈配水，冬季运行时可停止内圈供水，全塔冷却水全部进入外圈，增加外圈淋水密度，从而达到防止结冰的目的。

1.4.2在冷却塔进风口设置玻璃钢挡风板，这是防止冷空气侵入塔内，免除淋水装置结冰的一种行之有效的重要措施。

1.4.3在冷却塔水池设旁路管，循环水回水可经过旁路管直接进入水塔水池。

1.4.4在两塔之间设置联络管和阀门，冬季如1台机组停运，为防止长时间停运造成冷却塔水池结冰，可打开联络管上的阀门，使运行机组的部分热水进入停运冷却塔水池，达到防冻目的。

以上防冻措施可以根据气候条件、冷却塔内结冰情况，单独或几种结合运用，以取得最佳效果。

1.5 烟道连接

排烟装置采用竖直管口向上排放，为保证脱硫净烟气垂直向上，原则上竖直向上出口设计高度为烟道直径的1.5倍。

烟道支撑结构：烟道重量不能作用在冷却塔壁上，必须由塔外钢架及塔内立柱支撑，设计有膨胀节。烟道与冷却塔之间设置有帆布密封，烟道重量不作用在冷却塔壁上，而是由塔外钢架及塔内立柱支撑。

烟道的材质：冷却塔烟道材质均为玻璃钢（FRP），耐温极限为68℃。

1.6烟道的结构

玻璃钢烟道直径应為5.1m。

关于玻璃钢烟道的结构设计，大唐哈尔滨第一热电厂对烟塔合一排烟冷却塔设计中进行过专门的试验研究，对玻璃钢烟道的材料性能有了准确地掌握；同时与武汉理工大学共同配合进行了玻璃钢烟道的结构计算研究，能够为工程提供准确合理的设计数据。初步确定本工程玻璃钢烟道的结构总厚度为30mm。玻璃钢烟道的结构分层示意见下图1：

为保证玻璃钢烟道的稳定性，烟道上还需设置环向加劲肋，具体做法可根据施工图设计时确定。

1.7烟道支架

共设3个烟道支架，均为固定支架，支架采用钢结构，其基础采用钢筋混凝土基础，地基处理用Φ800钢筋混凝土灌注桩，桩长40m左右，桩端持力层为⑧粗砂层，1个固定支架下约24根桩，1个滑动支架下约12根桩。由于缺少钢支架下的地质剖面图，上述地基处理方案仅为初步估计。

2 环保部分

审定的环保相关要求，根据《大唐哈尔滨第一热电厂2×300MW新建工程环境影响报告书》，环评时采用的烟塔设计参数为：冷却塔出口直径47.0m，冷却塔高度105m，夏季烟气排放速度3.2m/s，烟气温度39.5℃（冬季烟气排放速度3.6m/s，烟气温度36.4℃），烟气含液态水量0.003。

3 典型运行工况及环评初步结论

在正常运行工况条件下，采用冷却塔排放烟气技术是可行的。但对于供热机组，当进入采暖期时，根据国外公司的经验，当循环水水量不小于总量的50%、热负荷不小于30%时采用冷却塔排烟对烟气的抬升高度不产生影响，与正常运行工况基本相同。

冬季最大供热工况时，冷却塔循环水量、热负荷分别为正常工况的69.34%、64.69%。根据中国环境科学研究院环评初步分析结论，污染物排放满足环保标准要求。

4 需要进一步研究的问题

4.1对玻璃钢烟道加配完成后的由于烟道存放时水平存放时间过长，烟道容易发生自然下坠至圆度超标。

4.2无旁路脱硫系统在供热机组上应用的安全可靠性有待于进一步验证。

参考文献：

[1]节能环保[M].中国电力出版社2007年4月.

[2]火电厂应用技术[M].中国新能源出版社2005年5月.

[3]火电厂排放探讨与研究[M].中国电力出版社2006年1月.

（编辑/刘佳）