基于湿法脱硫的单筒烟囱排水设计研究

基于湿法脱硫的单筒烟囱排水设计研究

赵勇柴俊

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司中国太原030001）

摘要：随着国家环保政策力度的不断加大以及湿法脱硫技术在燃煤火力发电厂被广泛采用，烟气工况随之改变；针对采用湿法脱硫工艺的燃煤电厂中单筒烟囱零米排水易堵塞，清灰疏通困难的技术问题我公司研究团队通过调查、总结、对比、分析近年来湿法脱硫运行工况条件下众多烟囱的工程表现，寻找对策思路加以解决。

关键词：单筒式烟囱；抗渗型筒壁；排水

0引言

随着国家环保政策力度的不断加大以及湿法脱硫技术在燃煤火力发电厂被广泛采用，烟气工况随之改变；针对采用湿法脱硫工艺的燃煤电厂中单筒烟囱零米排水易堵塞，清灰疏通困难的技术问题我公司提出烟囱运行新常态：“上排湿烟汽，下排凝结水”。针对该特点推出了以钢筋混凝土筒身和防腐层及耐酸砖构成的能够抵御渗漏、耐腐耐用、便于排水、利于清灰、排烟导流的抗渗防腐型单筒式钢筋混凝土烟囱排水技术。

1技术原理分析

1、湿法烟气脱硫（WFGD）由于其成熟、可靠、稳定、高效的特性，脱硫效率可达98％，已成为应用最广泛、适应性最强的烟气脱硫工艺技术。但采用湿法脱硫工艺后，烟气含水量增高，湿度变大，温度降低，极易冷凝结露形成稀酸溶液，以每小时数吨的流量顺筒壁内侧流下；此时钢筋混凝土烟囱渗漏的主要矛盾已由腐蚀问题逐渐转化为抗渗问题。

2、采用湿法脱硫工艺后，烟囱内部多为正压运行，加之保温隔热层多为人工发泡聚氨酯，施工密实度难以把控，腐蚀性湿烟气容易透过内衬和保温隔热层在混凝土筒壁内侧冷凝结露，并不断在保温隔热层不密实处积聚大量酸液，严重腐蚀烟囱混凝土外壁。特别是冬季，时有结冰现象发生，对混凝土筒壁有冻胀作用。此时，保温隔热材料也极易受潮而降低隔热效果，从而增大了钢筋混凝土筒壁的温度应力，促使了筒壁裂缝的开展。

3、湿法脱硫工艺的采用，使得吸收塔多以净烟气至烟道高位布置。传统单筒烟囱的积灰平台如在高位设置则失去其存在意义，反而对烟囱的整体防腐抗渗构成较大隐患，积灰平台与筒壁接缝处是薄弱环节。绝大多数烟囱内部渗漏皆由此发生，即使在平台上设置了排水系统，也常常漏而不止，使得烟道以下内壁受到烟气凝结液的侵蚀。

4、常规单筒烟囱排水组织是由钢筋混凝土酸液收集池、环形排水坡道、清灰通道以及排水管道四部分组成。在这种结构的零米排水系统中，酸液经筒壁下流至烟囱零米地面后须再流经环形坡道才能汇入到零米地面中心部位的酸液收集池中，然后再从收集池中经排水管道接引排出烟囱。在这样的排水系统中，部分酸液在沿筒壁下流的过程中，在正压烟气的作用下，进入筒壁保温隔热层不密实处积聚；另一部分流至零米地面但不能第一时间被排到筒外；当烟灰随酸液大量汇集于酸液收集池中时，经沉淀的烟灰还容易造成酸液收集池底排水管道的堵塞，使零米地面排水组织系统排水不畅，故需对零米地面的排水系统经常进行清灰工作，又因清灰通道和清灰空间狭小，使运灰清灰作业遇到困难。

本文针对上述单筒式钢筋混凝土烟囱多发的排水问题入手，并加以针对性地解决。

2技术原理

1、传统积灰平台落地布置。使得烟囱内部冷凝水排放得到有效组织，解决了传统积灰平台高位排水组织困难的技术问题。降低了工程造价。

湿法脱硫工艺的采用，使得吸收塔多以净烟气至烟道高位布置。传统单筒烟囱的积灰平台如在高位设置则失去其存在意义，反而对烟囱的整体防腐抗渗构成较大隐患，积灰平台与筒壁接缝处是薄弱环节。绝大多数烟囱内部渗漏皆由此发生，即使在平台上设置了排水系统，也常常漏而不止，使得烟道以下内壁受到烟气凝结液的侵蚀。故此，对传统积灰平台落地布置，凝结酸液落至烟囱零米后予以组织。

2、在烟囱筒壁内侧地面上紧临筒壁设置带环形溢流堰及溢流坎的弧形排水沟。使得烟囱内部排水得到有效组织的同时实现灰、液一次及二次分离，降低了排水管道堵塞的隐患，为烟灰及冷凝水的综合利用提供了前提。

常规单筒烟囱零米排水组织是由钢筋混凝土酸液收集池、环形排水坡道、清灰通道以及排水管道四部分组成。在这种结构的零米排水系统中，酸液经筒壁下流至烟囱零米地面后须再流经环形坡道才能汇入到零米地面中心部位的酸液收集池中，然后再从收集池中经排水管道接引排出烟囱。在这样的排水系统中，酸液不能在流至零米地面时第一时间被排到筒外；当烟灰随酸液大量汇集于酸液收集池中时，经沉淀的烟灰还容易造成酸液收集池底排水管道的堵塞，使零米地面排水组织系统排水不畅，故需对零米地面的排水系统经常进行清灰工作，又因清灰通道和清灰空间狭小，使运灰清灰作业遇到困难。

本技术取消了常规零米地面排水系统的酸液收集池，以环向排水沟取而代之，并在沟道边沿内侧加设环向溢流堰；以双向烟囱筒体内地面排水坡道取代环形倾斜排水坡道；使沿筒壁下流的酸液及时排入到弧形排水沟内；对于少量自由散落酸液经双向烟囱筒体内地面排水坡道的灰尘有效导流及经弧形溢流堰阻挡，实现灰液一次分离。酸液溢流汇入弧形排水沟内后，经溢流坎沉淀溢流，实现灰液二次分离。本发明优化了排水路径的同时，也减小了排水过程中烟灰堵塞排水管道的可能。烟囱清灰工作则主要集中在弧形溢流堰以及溢流坎的内侧，有效保证了整个排水组织体系的正常运行。

3、设置单筒烟囱抗渗防腐筒壁。使得烟囱内部冷凝水即便在正压环境下也很难渗入筒壁，从而沿既定路线流入零米有组织排放。

烟囱筒壁，在“干烟气”时代一直以来以防腐为要务，曾针对防腐采取了一系列措施；但随着脱硫工艺进入湿法时代，烟囱内部形成了每小时数吨冷凝稀酸溶液在正压的作用下顺筒壁下流的工况，此时，防止烟囱渗漏的重心已逐渐由防腐转化为防渗。而筒壁的密实程度以及抗渗能力直接决定了防止烟囱渗漏的最后一道防线的可靠度。一方面须对混凝土外壁施工过程中遗留的对拉螺栓孔进行逐一、细致的封堵，另外还须针对抗渗要求对钢筋混凝土筒壁的施工做法予以优化、改进：

1）混凝土抗渗等级不低于P8；

2）提高混凝土强度等级不小于C40；

3）混凝土筒身保护层厚度增大至50mm；

4）施工缝应加设止水条；

3工程实例

3.1推广应用情况

本技术先后在山西侯马2×300MW热电联产扩建工程、山西国锦煤电一期工程（2014年10月15日并网运行）以及山西国峰2x300MW低热值煤综合利用电厂工程（2015年7月30日并网运行）中运用实施，历经3个冬季，运行效果良好，取得了良好的社会和经济效益。

3.2效益

建设期间，节约初始投资约25万元，运行期间，每年可节省运行费用60万元，运行至今约3.5年，一个工程共计节约25+3.5x60=235万元。经济效益显著。

4结论

通过研究分析近年来火电厂烟囱设计选型及实施现状，并剖析目前烟囱施工难易、运行维护等利弊得失，研讨湿烟气对钢内筒与混凝土筒身的腐蚀性比较，结合国内外规范以及实际工程实例，提出了适于现阶段湿法脱硫的单筒式烟囱整体设计思路及施工工艺、建设工期、监督质量等要点。为现行《烟囱设计规范》修订及专项设计规程的修订提供了素材和参考。

参考文献

[1]中国电力规划设计协会.组编.中国电力设计标准与国际标准和国外标准比较研究.2015

[2]国家标准，烟囱设计规范GB50051-2013[S].北京：中国计划出版社，2013.

[3]中冶东方工程技术有限公司.牛春良主编.烟囱设计手册[M].北京：中国计划出版社，2014.

[4]柴俊，贾军刚.火电厂湿法脱硫后烟囱的保温隔热性浅析[J].工业建筑，2014，（6）.

[5]腐蚀与防护手册（第二版）第一卷.化学工业出版社.2008

[6]一种燃煤电厂湿法脱硫单筒烟囱筒身.实用新型专利.2014（8）

[7]单筒烟囱零米地面排水系统.实用新型专利.2015（4）

作者介绍：

赵勇（1967~），男，工学学士，高级工程师，长期从事电厂项目管理工作。

王金兴（1936~）男，教授级高工，长期从事电厂烟囱工程的施工及脱硫防腐材料研究