1、內(nèi)蒙古托克托發(fā)電廠二期擴建工程設(shè)計投標文件第三卷 投標技術(shù)文件第三分卷 其它技術(shù)專題報告(22) 煙囪設(shè)計方案論證國家電力公司東北電力設(shè)計院二OO一年四月 長春內(nèi)蒙古托克托發(fā)電廠二期擴建工程設(shè)計投標文件第三卷 投標技術(shù)文件第三分卷 其它技術(shù)專題報告(22) 煙囪設(shè)計方案論證總 工 程 師：劉 鋼 宋景陽設(shè)計總工程師：呂祥濤 王勇人主 任 工程師：孫雨宋科 長：王 盾 蔣家宏編 寫：梁 國2001年4月內(nèi)蒙古托克托發(fā)電廠二期擴建工程設(shè)計投標文件總 目 錄第一卷 投標書及附錄第二卷 勘測設(shè)計費報價及計算書第三卷 投標技術(shù)文件第四卷 其它投標文件及資料第五卷 設(shè)計監(jiān)理投標文件第三卷 投標技術(shù)文件目

2、錄第一分卷 工程技術(shù)方案第二分卷 特殊項目專題報告第三分卷 其它技術(shù)專題報告第四分卷 投資估算及控制造價措施第三分卷 其它技術(shù)專題報告目 錄(1) 主廠房布置(2) 給水系統(tǒng)優(yōu)化選擇(3) 制粉系統(tǒng)選擇(4) 一次風機、吸風機選擇(5) 旁路系統(tǒng)選擇(6) 主要管道優(yōu)化選擇(7) 精處理系統(tǒng)設(shè)計論證(8) 待定2(9) 石子煤排放方案(10) 斗輪機懸臂長度對設(shè)備造價、工程投資、煤場運行費的影響(11) 煤場優(yōu)化設(shè)計(12) 機組冷端優(yōu)化論證(13) 消防系統(tǒng)選擇(14) 主廠房通風方案論述(15) 空調(diào)冷源優(yōu)化(16) 全廠采暖系統(tǒng)優(yōu)化(17) 電廠防風固沙改造生態(tài)環(huán)境(18) 施工組織論述

3、(19) 主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化(20) 汽輪發(fā)電機基座設(shè)計(21) 汽動給水泵彈簧基礎(chǔ)設(shè)計(22) 煙囪設(shè)計方案論證(23) 鋼-壓型鋼板混凝土組合梁試驗研究成果的應(yīng)用(24) 金屬墻板設(shè)計優(yōu)化(25) 主控制室合理布置及環(huán)境優(yōu)化(26) DCS系統(tǒng)物理分散度論證/物理分散與集中控制的比較(27) 電廠輔助車間集中控制(28) 大屏幕選用論述(29) 電廠廠用電接線優(yōu)化(30) 主變壓器的選擇(31) 發(fā)電機出口斷路器選擇(32) 保安電源設(shè)計(33) 電氣進DCS探討(34) 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)探討(35) 大電廠照明系統(tǒng)設(shè)計探討(36) 廠內(nèi)調(diào)度通訊系統(tǒng)研究(37) F-C回路電纜經(jīng)濟截面選擇(

4、38) 用F-C回路保護大容量配電變壓器的探討(39) 煙氣排放總量控制(40) 污染物監(jiān)測設(shè)施選型(41) 電廠噪聲控制措施(42) 電廠建設(shè)的水土保持(43) 輸煤系統(tǒng)廢水澄清方案(22) 煙囪設(shè)計方案論證目 錄1 概述2 煙囪的型式3 煙囪型式的選擇原則4 煙囪縱向裂縫產(chǎn)生的原因及控制裂縫寬度的措施5 國內(nèi)外煙囪選型情況6 本工程煙囪選型的確定6.1工程概況6.2原始資料6.3煙囪選型6.4煙囪設(shè)計6.5工藝比較6.6經(jīng)濟比較7 結(jié)論1 概述煙囪是排放煙氣的構(gòu)筑物,隨著火力發(fā)電單機容量的增大和大型鍋爐設(shè)備的投入,使煙囪排放的煙氣量不斷增加。由于鍋爐燃用含硫燃料，使得煙氣中含有大量的二氧化

5、硫和煙塵等有害物質(zhì)。二氧化硫?qū)θ?、畜、和農(nóng)作物毒害較大，對人民身體健康和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，都有著嚴重的影響。為防治大氣污染，加強對大氣環(huán)境的保護,消除煙塵特別是二氧化硫?qū)χ参?、動物和人類的危害，最根本的辦法是對燃料和煙氣進行脫硫。但到目前為止，還沒有研究出一種在經(jīng)濟上能夠被接受的脫硫凈化方法。因此，采用高煙囪是我國目前解決大型火力發(fā)電廠煙氣對大氣污染問題的一種切實可行而且比較經(jīng)濟的有效措施。由于煙囪高度的增高，擴大了煙氣的擴散范圍，降低了地面有害物質(zhì)的濃度，使其低于有科學根據(jù)的、對生物界無影響的標準。為滿足煙氣有害物質(zhì)排放標準的要求，在確定煙囪高度時，工藝人員要根據(jù)電廠規(guī)劃容量時的總耗煤量、煤質(zhì)、鍋

6、爐的燃燒方式、除塵設(shè)備的型式及效率、煙氣出口速度、氣象條件等因素綜合分析計算。由于高煙囪是在風荷載、溫度作用、煙氣侵蝕等不利條件下工作，技術(shù)條件復(fù)雜，其造價較高。因此除提高煙囪本身的高度外，使煙氣從煙囪排出后上升得更高，對提高煙氣的擴散效果也能起到同樣的效果。當排出一定量的二氧化硫時，地面二氧化硫的濃度大約與煙囪有效高度的平方成反比。在滿足由于擴散要求所必須的煙囪有效高度條件下，增加煙囪出口的煙氣抬升高度，就等于減少所要求的煙囪幾何高度，因此也就降低了煙囪的造價。一個煙囪排出煙氣所含的熱量愈多，煙氣的熱浮力愈大，煙氣的抬升高度亦愈高。因此，當把若干臺鍋爐的煙氣匯集起來，使幾臺鍋爐共用一座煙囪，

7、則獲得良好的效果。若僅采用單筒式煙囪時，其缺點是當一臺爐運行時，煙囪出口的煙氣流速過低，在風影響下容易失去浮力。此外，當煙囪需要修理時，兩臺爐都要停止運行。為解決這一矛盾，可采用多管式煙囪，但多管煙囪的造價要增加很多。在火力發(fā)電廠的設(shè)計中，煙囪的設(shè)計雖由土建設(shè)計人員完成，但煙囪高度和出口內(nèi)直徑由工藝提供。本文將在簡要論述煙囪型式及選擇原則、國內(nèi)外煙囪選型情況及對裂縫產(chǎn)生原因分析的基礎(chǔ)上，針對本工程煙氣特點，對煙囪選型提出推薦方案。2 煙囪的型式火力發(fā)電廠的煙囪是一個與工藝、設(shè)備緊密相關(guān)的土建構(gòu)筑物。煙囪是在自重、風荷載及溫度等共同作用的不利條件下工作的。煙囪結(jié)構(gòu)的設(shè)計不但要滿足煙囪的強度、抗裂

8、等一般要求，同時還要滿足使用的耐久性要求，以保證電廠的安全運行。由于機組容量加大，為滿足環(huán)保對煙氣擴散的要求，加大煙氣出口流速，使煙囪筒內(nèi)煙氣產(chǎn)生正壓運行。從而導(dǎo)致煙氣向外滲透，增大了煙氣對筒身結(jié)構(gòu)的腐蝕性；由于鍋爐熱效率提高，排煙溫度比過去降低，采用濕式除塵器，使設(shè)備出口溫度大大低于煙氣中酸氣露點溫度，在煙囪內(nèi)形成冷凝酸溶液；煙囪磚砌內(nèi)襯當受溫度膨脹影響或用普通水泥砂漿砌筑內(nèi)襯時，磚縫都易產(chǎn)生開裂而成為正壓煙氣的滲透途徑，使鋼筋混凝土筒壁受到腐蝕。因此，煙氣的腐蝕是影響煙囪耐久性的關(guān)鍵因素，特別當煙囪高度增高后，造價昂貴，更需要研究高煙囪的合理型式，滿足耐久性要求，以達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、

9、施工簡便、使用安全、便于維護的要求。當前火力發(fā)電廠的煙囪，主要有下列幾種型式：2.1 單筒式煙囪2.1.1 無通風式的單筒煙囪：內(nèi)襯、隔熱層緊貼煙囪筒壁內(nèi)側(cè)，并分段支承在筒壁挑出的環(huán)梁上；2.1.2 自然通風式的單筒煙囪：內(nèi)襯和鋼筋混凝土筒身之間設(shè)有通風道，采用沿煙囪高度減小通風道寬度的方法，使通風道內(nèi)產(chǎn)生反壓力；2.1.3 強制通風式的單筒煙囪：內(nèi)襯和鋼筋混凝土筒身間留有通風道，并用送風機供給補充空氣，使通風道內(nèi)的壓力高于煙囪內(nèi)的煙氣壓力。2.2 套筒式煙囪套筒式煙囪是由內(nèi)排煙筒和外承重筒組合而成。內(nèi)排煙筒和外承重筒間留有大于700mm寬的通風道，通風道內(nèi)設(shè)有樓梯和平臺，以供檢修人員對煙囪進

10、行維護。套筒式煙囪的內(nèi)排煙筒有下面幾種支承方式；2.2.1 自承重式內(nèi)排煙筒與外承重筒完全分開，內(nèi)排煙筒的自重由本身結(jié)構(gòu)承擔，并將其直接傳給基礎(chǔ)。2.2.2 懸掛式懸掛式內(nèi)排煙筒一般采用鋼筒，并通過鋼拉桿將內(nèi)排煙筒懸掛在外承重筒的內(nèi)壁上；2.2.3 分段支承式沿煙囪高度，每2040m一段，將內(nèi)排煙筒支承在外承重筒挑出的環(huán)梁上。2.3 多管式煙囪多管式煙囪由幾個內(nèi)排煙筒緊密地布置在鋼筋混凝土外承重筒或外承重塔架內(nèi)。每臺爐使用一個排煙筒。3 煙囪型式的選擇原則DL5000-94及DL5022-93有以下條款要求： 煙囪結(jié)構(gòu)可采用單筒式、套筒式或多管式，其選型可視煙氣腐蝕性的強弱及環(huán)保要求，結(jié)合工程

11、特點確定。 在選擇煙囪抗腐蝕措施時，應(yīng)考慮下列諸因素：煙氣腐蝕性等級；煙氣在煙囪內(nèi)呈正壓運行的可能性；每座煙囪所匹配發(fā)電機組總?cè)萘看笮〖霸陔娏ο到y(tǒng)中所處地位的重要性。 當排放強腐蝕性煙氣時，宜采用多管式或套筒式煙囪結(jié)構(gòu)。即把承重外筒和排煙內(nèi)筒分開，使外筒受力結(jié)構(gòu)不與強腐蝕性煙氣相接觸。此時排煙內(nèi)筒應(yīng)采用耐酸材料構(gòu)成。 當排放弱腐蝕性煙氣時，可采用防腐型單筒式煙囪結(jié)構(gòu)。此時應(yīng)在傳統(tǒng)單筒煙囪的基礎(chǔ)上采用如下防腐措施：采用耐酸內(nèi)襯和耐酸隔熱材料；增強內(nèi)襯結(jié)構(gòu)密實性，防止或減少煙氣的滲漏；在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)不能防止煙氣滲漏情況下，外筒內(nèi)表面應(yīng)做防腐隔離層，且應(yīng)提高鋼筋混凝土外筒的密實性。 當排放中等腐蝕性煙氣

12、時，根據(jù)煙囪匹配機組容量大小和在電力系統(tǒng)中的重要性，既可采用多管式或套筒式煙囪，也可采用防腐型單筒煙囪。 煙氣呈正壓運行對煙囪腐蝕有強烈加速作用，因此宜盡量避免。此時可配合工藝專業(yè)，通過改進煙囪或排煙筒的外形，設(shè)置頂部煙氣擴散頭，降低煙氣流速和減小煙氣摩擦阻力等方法，使煙氣沿煙囪高度均為負壓。但DL5000-2000送審稿（第二版）16.10.2條第3款明確規(guī)定：“當排放弱腐蝕性煙氣時，應(yīng)采用防腐型單筒式煙囪”。根據(jù)以上條款的要求可知：電廠煙囪結(jié)構(gòu)型式的選擇主要取決對煙氣腐蝕性能的判斷。不同類型的煙囪造價相差懸殊，如把常規(guī)設(shè)計的單筒煙囪造價作為1.0,則套筒煙囪約為1.31.4,多管煙囪高達2

13、.0左右。過高地估計煙氣腐蝕的嚴重性會帶來經(jīng)濟上的不應(yīng)有浪費。反之如果估計不足，則造成投運后的嚴重腐蝕，從而導(dǎo)致一方面是接入同一座煙囪的多臺鍋爐無法同時停運檢修，另一方面是檢修工作極其困難，耗資大而工期長。4 煙囪縱向裂縫產(chǎn)生的原因及控制裂縫寬度的措施火力發(fā)電廠的單筒式煙囪出現(xiàn)裂縫是普遍現(xiàn)象。而不受煙氣影響的套筒式和多管式煙囪的外筒壁都未發(fā)現(xiàn)有裂縫。要使傳統(tǒng)單筒式煙囪不出現(xiàn)縱向裂縫或使裂縫寬度控制在規(guī)定的0.150.30mm允許范圍內(nèi)雖然很難，但還是有控制措施的，裂縫主要是由煙氣溫度所引起的。具體原因及控制措施有以下幾點：煙氣設(shè)計溫度取值偏低。通常機務(wù)專業(yè)提供給土建專業(yè)的煙氣設(shè)計溫度是以鍋爐正

14、常運行溫度為基礎(chǔ)的，即在采用干式除塵設(shè)備時為130150,濕式除塵設(shè)備時為90110。實際上,一座煙囪在它投運后的數(shù)十年間，由于鍋爐設(shè)備改變、除塵方式更換、煤種煤質(zhì)變化、臨時性噴油及偶然運行事故等原因，完全有可能使實際發(fā)生的煙氣溫度比設(shè)計值高。煙氣設(shè)計溫度的取值應(yīng)該考慮這種情況，并且在此基礎(chǔ)上留有裕度。溫度應(yīng)力的設(shè)計安全度偏低。大量調(diào)查證明，現(xiàn)行煙囪設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的設(shè)計安全度不能保證縱向裂縫寬度限制在允許范圍內(nèi)，因為目前各行各業(yè)根據(jù)設(shè)計的傳統(tǒng)單筒煙囪普遍都發(fā)生縱向裂縫，而且許多單筒煙囪都是在投產(chǎn)不久（約1年左右）后就出現(xiàn)。裂縫產(chǎn)生原因是多方面的，但與按算得的溫度應(yīng)力偏低有關(guān)。其理由是： 在煙囪

15、投運初期，混凝土收縮和蠕變較小，故結(jié)構(gòu)剛度較大，以致在同等溫度作用下，其應(yīng)力值比規(guī)范計算值要高（規(guī)范規(guī)定的混凝土彈性模量由于考慮收縮和徐變影響取值偏低）； 按規(guī)范計算筒壁內(nèi)外自由溫度變形時，考慮穩(wěn)定和不穩(wěn)定傳熱方式差別的1.25調(diào)整系數(shù)偏小； 封閉空氣隔熱層失效。眾所周知，封閉空氣層有隔熱保溫作用，故許多電廠的煙囪采取了這種既方便又經(jīng)濟的隔熱方法。但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種做法實際效果很不理想。因為傳統(tǒng)煙囪內(nèi)襯厚度一般僅半磚厚，灰縫又不密實，通縫和泄氣現(xiàn)象嚴重，所以封閉空氣保溫層并不密封，保溫作用很有限； 內(nèi)襯、隔熱材料的隔熱效果差。電廠煙氣的酸露點溫度一般比純水露點溫度高很多，采用濕式除塵器時為70

16、90，干式除塵器時為110130。煙囪內(nèi)的內(nèi)襯和保溫層，其實際受熱溫度都低于煙氣露點溫度。當采用吸水率較高的內(nèi)襯和隔熱材料時，材料的保溫作用大為降低，可是在設(shè)計中往往忽略這一因素，從而導(dǎo)致外筒壁內(nèi)外溫差和溫度應(yīng)力計算值偏小。 筒壁混凝土收縮影響。據(jù)研究，混凝土收縮對煙囪縱向裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有相當大的影響。為此，可采取在混凝土澆注過程中，在筒壁內(nèi)外涂養(yǎng)生液的辦法來減少混凝土的收縮量。針對以上原因，設(shè)計時應(yīng)采取有效措施加以控制，有關(guān)控制措施詳見本文6.4條。5 國內(nèi)外煙囪選型情況多年來由于經(jīng)濟的、技術(shù)的原因，在火力發(fā)電廠煙囪的選型上，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土單筒煙囪因其相對造價較低、構(gòu)造簡單、施工便捷，仍

17、然成為我國火力發(fā)電廠側(cè)重的首選結(jié)構(gòu)型式。這類煙囪的內(nèi)襯相當大的部分是采用普通紅磚，水泥耐酸砂漿砌筑，分段支承于筒壁。隔熱層分別為空氣層、膨脹珍珠巖、巖棉板等。由于施工砌體豎縫砂漿填的不飽滿，甚至有通縫，且煙囪建成后多為一年左右才能投入運行，加之煙道口沒有及時封閉，這樣就在煙囪內(nèi)形成較強的空氣串流，空氣串流使得砌筑內(nèi)襯的水泥耐酸砂漿中的水分急劇散失，從而使灰縫又增加了收縮裂縫。投入運行后，因為煙氣流的內(nèi)部壓力高，迫使煙氣通過磚內(nèi)襯縫隙滲漏到隔熱層至鋼筋混凝土筒壁，并在筒壁凝聚，這不但大大降低了隔熱層的隔熱效果，導(dǎo)致了筒壁溫度應(yīng)力過高而開裂，并使鋼筋混凝土筒體漸漸遭到嚴重的腐蝕。另外，傳統(tǒng)的鋼筋混

18、凝土單筒煙囪的設(shè)計通常幾乎都是考慮正常情況下的煙氣溫度。在事故情況下煙氣溫度急劇升高，它將影響筒壁，使筒壁環(huán)向鋼筋應(yīng)力超限，則是筒壁產(chǎn)生裂縫的必然原因。查閱國外有關(guān)資料。早在六、七十年代隨著單機容量的不斷增大和環(huán)保對煙囪有效高度的要求，國外的大型火力發(fā)電廠煙囪多數(shù)采用鋼結(jié)構(gòu)，煙囪選型已趨向多管式煙囪。因為多管式煙囪比鋼筋混凝土單筒煙囪具有更大的浮力，煙氣抬升的高，有利于煙氣的擴散，從而極大地減小空氣的污染。隨著我國經(jīng)濟實力的增強，火力發(fā)電廠機組容量不斷增大，往往一個電廠出問題就會給國民經(jīng)濟和社會效益帶來巨大損失。由于環(huán)保的要求，電廠煙囪愈來愈高大，帶來的技術(shù)問題也相應(yīng)增多，其中腐蝕問題和鋼筋混

19、凝土裂縫問題若處理措施不當，就嚴重影響煙囪壽命，且危及電廠安全運行。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土單管煙囪運行后普遍出現(xiàn)裂縫，遭到不同程度的腐蝕，由于檢修難、耐久性差等缺點，逐漸有被防腐型單筒煙囪、改進型單筒煙囪或套筒式煙囪所代替的趨勢。在我國目前因受經(jīng)濟條件限制，不能象許多發(fā)達國家普遍采用鋼結(jié)構(gòu)的情況下，采取措施克服傳統(tǒng)單筒煙囪的弊端是必要的，因防腐型單筒煙囪或改進型單筒煙囪及套筒式煙囪比較符合我國國情，應(yīng)被廣泛采用。防腐型單筒煙囪是在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土單筒煙囪型式上，根據(jù)燃煤含硫量和腐蝕性指數(shù)對煙囪結(jié)構(gòu)型式、內(nèi)襯、保溫材料和計算參數(shù)取值等方面進行改進。6 本工程煙囪選型的確定6.1 工程概況本工程為擴建工

20、程。本期工程建設(shè)規(guī)模為4600 MW，安裝四臺國產(chǎn)亞臨界凝汽式燃煤汽輪發(fā)電機組。一期工程建設(shè)規(guī)模為2600 MW，一次實現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計容量 6600 MW，并留有再擴建的可能。6.2 原始資料根據(jù)招標書附件提供的設(shè)計媒質(zhì)資料可知：燃煤中硫含量Sy=0.47燃煤中灰份含量Ay=264堿性氧化物含量CaO=0.89, MgO=0.20, Na2O=0.39, k2O=0.36根據(jù)工藝資料：兩臺鍋爐共用一座煙囪，高度為240m，出口直徑為10m，煙囪的煙氣入口處正常使用溫度126，最高煙氣溫度（事故煙氣溫度）350。6.3 煙囪選型按照DL5022-93的7.4.1.1條,計算煙氣腐蝕性指數(shù)Kc：Kc=

21、100Sy/AyRsO (RsO=CaO+MgO+Na2O+k2O) =100x0.47/(264)(0.89+0.2+0.39+0.36) =0.980.85查該規(guī)程的表7.4.2可知煙氣腐蝕性等級為弱腐蝕。按照該規(guī)程的7.4.5條規(guī)定： “當排放弱腐蝕性煙氣時，可采用防腐型單筒式煙囪結(jié)構(gòu)”。按照DL/T5000-2000的送審稿（第二版）16.10.2條第3款規(guī)定：“當排放弱腐蝕性煙氣時，應(yīng)采用防腐型單筒式煙囪”。這里使用的是“應(yīng)”，比的“可”更明確、更嚴格了。按有關(guān)規(guī)定：“高度大于100m的煙囪，當排放弱腐蝕性煙氣時，最大煙氣壓力不宜超過10mmH2O柱”。根據(jù)以上規(guī)定，本工程煙囪排放弱

22、腐蝕性煙氣，煙囪上段出現(xiàn)的正壓最大僅2.9mmH2O柱（見6.5）,遵照送審稿的明文規(guī)定及為節(jié)省投資考慮，推薦采用防腐型單筒煙囪，見附圖一（內(nèi)出口直徑10m,標高0.000標高52.500筒壁坡度為i=7%,標高52.500標高165.000筒壁坡度為i=3%,標高165.000標高240.000筒壁坡度為i=1.5%）。6.4 煙囪設(shè)計防腐型單筒煙囪設(shè)計時考慮對傳統(tǒng)單筒煙囪作如下改進： 通過調(diào)整煙囪坡度和控制煙氣的流速使煙囪內(nèi)的最大煙氣壓力不超過mmH2O柱。 提高鋼筋混凝土外筒壁的混凝土強度等級，混凝土密實抗?jié)B性好。 在鋼筋混凝土筒壁內(nèi)表面設(shè)置耐高溫防腐蝕涂層或設(shè)置防腐蝕隔離層。 采用增水耐腐蝕材料作隔熱層，該材料由兩層組成，層與層之間互相錯縫，使煙氣不易滲透。 內(nèi)襯采用耐高溫耐酸砌體，并用耐酸耐高溫耐酸膠泥砌筑，具有良好的防腐、抗?jié)B性能。 適當提高設(shè)計、計算標準，增強