660 MW級燃煤電廠“三塔合一”技術(shù)簡析

田志葉

(國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院，北京 100010)

0 引言

“三塔合一”是指火電廠的煙囪、冷卻塔以及脫硫吸收塔合并，即將吸收塔、漿液循環(huán)泵以及漿液排出泵等脫硫設(shè)備布置在冷卻塔內(nèi)，從吸收塔塔頂利用冷卻塔內(nèi)熱濕氣流巨大的包裹和抬升作用，將脫硫后的凈煙氣直接對空排放，不設(shè)煙囪。該技術(shù)借鑒了德國應(yīng)用比較成熟的“煙塔合一”技術(shù)的設(shè)計理念，并將脫硫吸收塔移至冷卻塔內(nèi)，由“煙塔合一”改為“三塔合一”，更加合理地利用空間，節(jié)省占地面積。

采用“三塔合一”技術(shù)是因為對煙氣的品質(zhì)有了更高的要求，隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，我國提高了對煙氣中污染物排放的要求，排放指標(biāo)下限已與德國采用“煙塔合一”技術(shù)電廠的煙氣品質(zhì)基本保持在同一水平。

1 項目概況

該項目為某燃煤電廠二期工程，裝機容量2×660 MW，采用海勒式間接空冷系統(tǒng)、石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，1臺鍋爐配1臺自然通風(fēng)冷卻塔，將脫硫吸收塔布置在海勒式空冷塔內(nèi)，脫硫后煙氣直接從吸收塔頂部排放，煙氣脫硫系統(tǒng)不設(shè)置旁路，無煙氣換熱器(GGH)，無增壓風(fēng)機，脫硫系統(tǒng)與主機系統(tǒng)同時運行。全廠原則性系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 原則性系統(tǒng)流程

2 項目特點及設(shè)計要求

該項目采用“三塔合一”技術(shù)方案，與常規(guī)燃煤電廠相比存在一些不同之處，主要體現(xiàn)在脫硫吸收塔布置在冷卻塔內(nèi)，冷卻塔布置在爐后，不設(shè)煙囪，無水平凈煙道，脫硫后的凈煙氣利用主體引風(fēng)機和間接冷卻塔對煙氣的升壓作用對空排放。采用“三塔合一”技術(shù)的電廠，在工程設(shè)計時有以下幾方面的要求。

2.1 對汽輪機排氣冷卻方式的要求

按被冷卻介質(zhì)是否與空氣接觸，冷卻塔分為濕式冷卻塔和干式冷卻塔。采用“三塔合一”技術(shù)時，因脫硫吸收塔等設(shè)備布置在冷卻塔內(nèi)，需選用干式冷卻塔。干式冷卻塔又可分為直接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(又稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng))和帶噴射式(混合式)凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(又稱為海勒式間接空冷系統(tǒng))。直接空冷一般采用機械通風(fēng)方式、A型框架結(jié)構(gòu)，起不到煙囪的作用，所以汽輪機的排氣就需要采用帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)或混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。該項目采用帶混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。

2.2 對冷卻塔布置的要求

采用“三塔合一”技術(shù)時，冷卻塔除了具有常規(guī)冷卻循環(huán)水的作用外，還將用來替代煙囪排放煙氣，因此，冷卻塔需布置在爐后或爐側(cè)以縮短煙道距離，而不按傳統(tǒng)方法布置在機側(cè)，打破了我國以往常規(guī)燃煤電廠總平面布置的傳統(tǒng)。因此，電廠設(shè)計時需因地制宜，在技術(shù)和經(jīng)濟上作全面的比較。該項目總平面布置如圖2所示。

圖2 總平面布置

2.3 對脫硫設(shè)備及控制儀表性能的要求

在系統(tǒng)運行時，冷卻塔內(nèi)環(huán)境溫度較高，尤其是夏季，極端溫度達65 ℃，空氣濕度較大并具有一定酸性，加之檢修不方便，因此布置在冷卻塔內(nèi)的吸收塔、脫硫附屬設(shè)備及儀表等運行條件苛刻，必須保證上述設(shè)備在苛刻的環(huán)境下安全、穩(wěn)定運行。

3 工程設(shè)計需注意的問題

采用“三塔合一”技術(shù)的電廠與采用常規(guī)煙囪排煙的電廠在設(shè)計上存在很大的區(qū)別，其中設(shè)計過程中的難點及特點有以下幾個方面。

3.1 煙道的設(shè)計

因吸收塔布置在冷卻塔內(nèi)，從引風(fēng)機出來的煙氣需穿過冷卻塔后，方能進入吸收塔內(nèi)進行脫硫并排放。如圖3所示，冷卻塔底部由41對X支腿組成，煙道穿冷卻塔的截面和高度受X支腿尺寸的限制，兩個X支腿中間位置的間隙最大。該工程煙道截面采用圓形，直徑為9.0 m，通過模擬計算，煙道在穿冷卻塔前需將直徑縮為7.8 m方能通過，如圖4所示。

圖3 冷卻塔X支腿示意

3.2 煙道支架及管架的設(shè)計

從圖4可以看出,煙道支架被冷卻塔分為內(nèi)外兩部分，這兩部分均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，間距15.7 m，即圖中8軸和9軸之間的距離?？紤]到除煙道外還有一些廠區(qū)管道和電纜需穿過冷卻塔，在這段距離內(nèi)需要考慮解決管道和電纜的支撐問題。所以，在廠區(qū)管道所在高度內(nèi)，利用內(nèi)、外兩部分煙道支架作為桁架，利用桁架生根解決管道和電纜的支撐問題。由于桁架布置在管道所在高度內(nèi)，從圖4的A-A剖面也可以看出，桁架所在高度處于兩個X支腿之間距離相對較小的位置，在設(shè)計時需格外注意，避免桁架和工藝管道與X支腿發(fā)生沖突。

3.3 冷卻塔的防腐

排煙冷卻塔較常規(guī)冷卻塔所處的環(huán)境更惡劣、受腐蝕性更強。濕法脫硫后的凈煙氣從吸收塔塔頂對空排放，在上升過程中與冷卻塔內(nèi)飽和熱濕空氣接觸，部分水蒸氣遇冷凝結(jié)成霧滴，其中一些霧滴會在冷卻塔塔壁上聚集成較大的液滴，這些液滴因含有煙氣所帶的酸性氣體而呈現(xiàn)出較強的酸性，而冷卻塔為混凝土結(jié)構(gòu)，因此這些液滴沿筒壁流動時會對塔筒筒壁局部造成嚴(yán)重腐蝕。為了防止煙塔酸性冷凝液腐蝕，在工程設(shè)計上，通常采用耐酸水泥、降低水灰比等方法提高混凝土的密度和性能，從而最大限度地提高混凝土自身的防護能力，并配合用其他輔助手段，如采用環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑及混凝土表面涂層等，以彌補混凝土保護能力的不足。

4 結(jié)論

隨著國內(nèi)環(huán)境空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，我國已具備“三塔合一”技術(shù)應(yīng)用的條件，但技術(shù)還不成熟，部分設(shè)計還需依賴國外，因此，總投資比同規(guī)模的常規(guī)燃煤電廠高。但隨著引進技術(shù)的消化、吸收和材料的國產(chǎn)化，投資將呈下降趨勢。

目前，依據(jù)國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，燃煤電廠均需采取脫硫措施才能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，而濕法脫硫工藝應(yīng)用比較廣泛，為我國火電廠建設(shè)中采用“三塔合一”技術(shù)提供了廣闊的前景。

參考文獻：

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