"煙塔合一"新技術(shù)在三河電廠的應(yīng)用
三河發(fā)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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東側(cè)，廠址西距通州區(qū)17km、北京市區(qū)37.5km，東距三河市17km。電廠規(guī)劃容量為1300MW～1400MW。一期工程已安裝2臺(tái)350MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，#1、#2機(jī)組分別于1999年12月、2000年4月投產(chǎn)。二期工程將安裝2臺(tái)300MW供熱機(jī)組，煙氣采用脫硫、脫硝、“煙塔合一”技術(shù)，于2007年10月、12月投產(chǎn)發(fā)電。
國(guó)華三河電廠擴(kuò)建的二期工程為熱電聯(lián)產(chǎn)擴(kuò)建工程，采用“煙塔合一”技術(shù)并將一、二期機(jī)組同步建設(shè)脫硫，達(dá)到了整個(gè)電廠“增產(chǎn)不增污、增產(chǎn)減排污”的目的。
1.“煙塔合一”技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
“煙塔合一”技術(shù)是針對(duì)電力企業(yè)研制的當(dāng)今世界上先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，在城市規(guī)劃和環(huán)境改善方面具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：一是充分利用冷卻塔的巨大能量，對(duì)除塵、脫硫后的濕煙氣進(jìn)行有效抬升，促進(jìn)凈煙氣中未脫除污染物的擴(kuò)散，降低其落地濃度。二是由于機(jī)組不必再建設(shè)煙囪及脫硫系統(tǒng)的煙氣再加熱裝置。這樣不僅可緩解城市建設(shè)用地緊張和建筑物限高等問題，并且可以顯著改善城市周邊電廠建設(shè)同城市整體規(guī)劃的適應(yīng)性和靈活度，有利于縮小熱源、電源與負(fù)荷中心間的距離，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性并有利于城市供熱、供電的可靠性。?此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已成功實(shí)施近二十多年，技術(shù)已臻成熟。目前我國(guó)有許多電廠正在實(shí)施這種技術(shù)。
2.“煙塔合一”技術(shù)在三河電廠的應(yīng)用
目前，河北三河電廠、天津國(guó)電津能公司和華能北京熱電公司在新建機(jī)組均采用“煙塔合一”技術(shù)進(jìn)行除塵、脫硝和脫硫排放，三河電廠是第一個(gè)采用國(guó)產(chǎn)化的“煙塔合一”技術(shù)的機(jī)組。
國(guó)華三河電廠為滿足城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，改善北京市區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，三河電廠二期工程（2×300MW機(jī)組）項(xiàng)目決定采用煙塔合一技術(shù)，主要基于以下幾方面考慮：
第一、由于采用石灰石一石膏濕法脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)排放煙氣溫度只有50℃左右，若采用煙囪排放須對(duì)其進(jìn)行再加熱，溫度達(dá)到SO2的露點(diǎn)溫度（72℃）以上。而采用冷卻塔排煙則無此限制，還可節(jié)省GGH系統(tǒng)和煙囪初期投資及運(yùn)行費(fèi)用。
第二、由于該項(xiàng)目選址距北京順義機(jī)場(chǎng)較近，采用煙塔合一技術(shù)可有效避開對(duì)航空影響。
第三、脫硫系統(tǒng)所用的增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐所用的吸風(fēng)機(jī)合而為一既節(jié)省了設(shè)備的初期投資，又為整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。
經(jīng)測(cè)算，通過120米高的冷卻塔排煙，對(duì)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(duì)地面造成的落地濃度。工程建成后，每年可減少排放SO22萬多噸，煙塵100多噸，具有良好的環(huán)保效益。
2.1本工程技術(shù)特點(diǎn)
本工程排煙冷卻塔技術(shù)取消了傳統(tǒng)的高煙囪，將脫硫后的煙氣通過煙道直接引入自然通風(fēng)冷卻水塔與水蒸氣混合后，由冷卻塔出口排入大氣。經(jīng)環(huán)評(píng)分析，盡管傳統(tǒng)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(shí)其熱抬升高度及擴(kuò)散效果是相當(dāng)?shù)。原因主要有以下兩個(gè)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(duì)于一個(gè)大型電廠來說，汽輪機(jī)的排汽通過冷卻水帶走的熱量按熱效率分?jǐn)傉既珡S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抬升高度與擴(kuò)散效果相當(dāng)?shù)闹饕。由于煙氣與冷卻塔中的水氣混合后，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抬升力，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，在升空后依然能保持緊湊的流束，使其對(duì)風(fēng)的敏感度比煙囪排出的煙氣對(duì)風(fēng)的敏感度要低，較不易被風(fēng)吹散。因此，在可比的條件下，利用冷卻塔排放煙氣比利用煙囪排放煙氣的污染低。
由于冷卻塔可以直接接受經(jīng)濕法脫硫后溫度較低（約為50℃—55℃）的煙氣，這就省去了脫硫系統(tǒng)的煙氣加熱器（GGH），可以簡(jiǎn)化脫硫工藝系統(tǒng)和布置，取消旁路煙道，采用直通式，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合二為一。加之省去了傳統(tǒng)高煙囪的建設(shè)，這些因素，既節(jié)約了設(shè)計(jì)占地，又減少了施工工程量和施工用地，有利于施工組織。在考慮了冷卻塔防腐、加固、煙道等引起的費(fèi)用增加后，綜合比較，采用排煙冷卻塔仍然有利于節(jié)省工程投資并減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。
2.2 冷卻塔施工的技術(shù)問題
本工程采用排煙冷卻塔，需要解決其中相應(yīng)的技術(shù)及施工問題。
2.2.1冷卻塔的開孔加固
由于大口徑（約內(nèi)徑5m左右）煙道的引入，需要在冷卻塔筒壁上開孔，這就要求就其對(duì)冷卻塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究計(jì)算和評(píng)價(jià)。通過設(shè)計(jì)院與有關(guān)院校結(jié)合，采用大型有限元結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算，對(duì)排煙冷卻塔筒壁開孔及冷卻塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，得出的結(jié)論是在冷卻塔上開洞對(duì)冷卻塔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大，但局部應(yīng)力的改變卻比較顯著，因此有必要在開洞周圍進(jìn)行局部加固。加固的方法是在孔洞的周圍加肋，相當(dāng)于對(duì)局部的塔體增加了一倍的厚度，這時(shí)候應(yīng)力明顯下降。為防止冷空氣進(jìn)入塔內(nèi)，煙道穿過殼體部分用柔性材料封堵。本工程配合脫硫吸收塔后煙道的直接引入，避免玻璃鋼煙道彎頭的制作,減小煙道阻力,采用高位開孔方式，開孔中心標(biāo)高約38m左右，在直徑5m范圍內(nèi)要進(jìn)行加固。由于開孔及其加固使得冷卻塔筒壁的施工方案與常規(guī)的冷卻塔施工有不同之處 ，同時(shí)也會(huì)對(duì)施工進(jìn)度帶來不利因素，需針對(duì)性的制定特殊施工措施。
2.2.2 冷卻塔的防腐
煙氣引入冷卻塔，凝結(jié)的液滴回落水塔及水蒸汽在風(fēng)筒壁凝結(jié)后，冷卻塔的殼體、煙道支架、配水裝置、淋水裝置等會(huì)受到煙氣污染物(煙塵、SO2、SO3、HCL、HF等)的危害。凝結(jié)的液滴含有煙氣中的酸性氣體，局部pH值可能達(dá)到1.0。冷卻塔在長(zhǎng)期的使用過程中由于介質(zhì)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(huán)，混凝土各部件如冷卻塔風(fēng)筒、支柱、淋水架構(gòu)梁柱以及集水池等混凝土層會(huì)產(chǎn)生疏松、粉化、脫落，進(jìn)而造成內(nèi)部的鋼筋裸露產(chǎn)生腐蝕。鋼筋的銹蝕產(chǎn)生體積膨脹，增大了混凝土結(jié)構(gòu)的空隙，加劇了腐蝕程度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損壞。
因此，排煙冷卻塔塔體、塔芯結(jié)構(gòu)特殊防腐設(shè)計(jì)和防腐材料選擇是排煙冷卻塔技術(shù)應(yīng)用的核心部分，為此我們作為重點(diǎn)研究進(jìn)行一系列的試驗(yàn)項(xiàng)目。主要有：確定排煙冷卻塔腐蝕的介質(zhì)、腐蝕機(jī)理和冷卻塔結(jié)構(gòu)不同部位的防腐蝕設(shè)計(jì)要求；選擇適應(yīng)排煙冷卻塔防腐要求的3～5組防腐涂料體系作為測(cè)試對(duì)象；確定防腐體系的基層、中間層和面層組合；進(jìn)行各種腐蝕條件下的耐腐蝕性測(cè)試（pH=1、pH=2.5）；進(jìn)行防腐涂料的性能對(duì)比性測(cè)試和綜合價(jià)格比較，最終確定合理的防腐技術(shù)方案。
經(jīng)過試驗(yàn)分析，排煙冷卻塔的防腐范圍劃分為四個(gè)區(qū)域：冷卻塔風(fēng)筒外壁、冷卻塔風(fēng)筒內(nèi)壁喉部以上、冷卻塔風(fēng)筒內(nèi)壁喉部以下、豎井及煙道支架和淋水架構(gòu)部分等。確定排煙冷卻塔結(jié)構(gòu)不同部位的進(jìn)行不同的防腐蝕技術(shù)措施。
2.2.3進(jìn)入冷卻塔的煙道防腐
排煙冷卻塔內(nèi)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(dá)1.0，且含有殘余的SO2、HCL和NOX，對(duì)管道的內(nèi)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(diǎn)。由于大直徑的玻璃鋼煙道運(yùn)輸困難，只能在施工現(xiàn)場(chǎng)纏繞制作。本工程玻璃鋼煙道的試驗(yàn)研究與設(shè)計(jì)工作正在進(jìn)行中。
本工程煙道采用內(nèi)徑5.2m，壁厚30mm玻璃鋼，進(jìn)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(guān)本工程研究試驗(yàn)
電廠正在組織進(jìn)行排煙冷卻塔熱力性能分析和計(jì)算；供熱機(jī)組采用煙塔合一的運(yùn)行特點(diǎn)、熱負(fù)荷、循環(huán)水量的基本要求和大風(fēng)氣象條件下的煙氣排放；排煙冷卻塔效果考核和性能測(cè)試等相關(guān)內(nèi)容。
以上這些研究試驗(yàn)課題將延續(xù)整個(gè)排煙冷卻塔的設(shè)計(jì)、施工、試運(yùn)和生產(chǎn)期，最終形成試驗(yàn)與應(yīng)用報(bào)告，為此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣使用提供經(jīng)驗(yàn)。
3.系統(tǒng)運(yùn)行分析評(píng)估
本工程二期按2×300MW機(jī)組100%煙氣脫硫考慮，取消了增壓風(fēng)機(jī)與GGH，增壓風(fēng)機(jī)于引風(fēng)機(jī)合二為一設(shè)計(jì)，煙風(fēng)系統(tǒng)不設(shè)置煙氣旁路煙道，不設(shè)煙囪，采用“煙塔合一”技術(shù)，這種設(shè)計(jì)就是把脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行與機(jī)組的安全運(yùn)行同等的重要看待，但為防止在調(diào)試和運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)問題，需要對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析評(píng)估。
1）本工程煙氣脫硫系統(tǒng)由于配合煙塔合一的應(yīng)用，取消了旁路，不設(shè)GGH，引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合二為一，煙氣系統(tǒng)呈貫通式，經(jīng)脫硫吸收塔脫除SO2后直接進(jìn)入煙塔排入大氣，這就意味著脫硫系統(tǒng)出故障就必須停機(jī)，這在國(guó)內(nèi)尚無運(yùn)行實(shí)例。這就要求整個(gè)脫硫裝置的可靠性需要提高，即要求設(shè)計(jì)水平好、設(shè)備可靠性高，以及提高施工和調(diào)試的質(zhì)量。
2）鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行及啟停爐進(jìn)行煤、油混燒時(shí)，由于系統(tǒng)沒有旁路，脫硫系統(tǒng)為保護(hù)吸收塔防腐材料必須投入循環(huán)泵系統(tǒng)降溫，煙氣是否對(duì)脫硫系統(tǒng)的漿液污染及冷卻塔內(nèi)部的污染應(yīng)有考慮。
3）鍋爐等離子點(diǎn)火產(chǎn)生未完全燃燒的飛灰時(shí)，由于系統(tǒng)沒有旁路，對(duì)脫硫系統(tǒng)及冷卻塔的污染及影響應(yīng)有考慮。
4）在機(jī)組啟動(dòng)的初期，鍋爐產(chǎn)生的煙氣在冷卻塔內(nèi)提升的高度是否受到影響。
5）如何確定電除塵器若干電場(chǎng)出現(xiàn)故障造成出口粉塵濃度高需要停脫硫、停機(jī)。
6）鍋爐出現(xiàn)故障時(shí)脫硫系統(tǒng)的如何快速反應(yīng)，引風(fēng)機(jī)如何進(jìn)行調(diào)節(jié)來適應(yīng)鍋爐及脫硫運(yùn)行工況。
7）由于脫硫系統(tǒng)沒有GGH，如果吸收塔三臺(tái)循環(huán)泵停一臺(tái)，可能造成吸收塔內(nèi)煙氣溫度高，是否停爐的判斷分析，以及鍋爐出現(xiàn)煙氣溫度高對(duì)吸收塔的影響。
綜上所述，我們主要目的是如果考慮出現(xiàn)以上情況如何判斷及處理，防止造成某些設(shè)備損壞或不必要的停機(jī)。因此我們還有許多的工作需要研究及分析，為以后機(jī)組在這種設(shè)計(jì)布置的情況下安全穩(wěn)定運(yùn)行打好基礎(chǔ)。
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