1、內蒙古托克托發電廠二期擴建工程設計投標文件第三卷 投標技術文件第三分卷 其它技術專題報告(22) 煙囪設計方案論證國家電力公司東北電力設計院二OO一年四月 長春內蒙古托克托發電廠二期擴建工程設計投標文件第三卷 投標技術文件第三分卷 其它技術專題報告(22) 煙囪設計方案論證總 工 程 師：劉 鋼 宋景陽設計總工程師：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月內蒙古托克托發電廠二期擴建工程設計投標文件總 目 錄第一卷 投標書及附錄第二卷 勘測設計費報價及計算書第三卷 投標技術文件第四卷 其它投標文件及資料第五卷 設計監理投標文件第三卷 投標技術文件目

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

3、(19) 主廠房鋼結構設計優化(20) 汽輪發電機基座設計(21) 汽動給水泵彈簧基礎設計(22) 煙囪設計方案論證(23) 鋼-壓型鋼板混凝土組合梁試驗研究成果的應用(24) 金屬墻板設計優化(25) 主控制室合理布置及環境優化(26) DCS系統物理分散度論證/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) 電廠廠用電接線優化(30) 主變壓器的選擇(31) 發電機出口斷路器選擇(32) 保安電源設計(33) 電氣進DCS探討(34) 靜態勵磁系統探討(35) 大電廠照明系統設計探討(36) 廠內調度通訊系統研究(37) F-C回路電纜經濟截面選擇(

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) 污染物監測設施選型(41) 電廠噪聲控制措施(42) 電廠建設的水土保持(43) 輸煤系統廢水澄清方案(22) 煙囪設計方案論證目 錄1 概述2 煙囪的型式3 煙囪型式的選擇原則4 煙囪縱向裂縫產生的原因及控制裂縫寬度的措施5 國內外煙囪選型情況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煙囪設計6.5工藝比較6.6經濟比較7 結論1 概述煙囪是排放煙氣的構筑物,隨著火力發電單機容量的增大和大型鍋爐設備的投入,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。二氧化硫對人、畜、和農作物毒害較大，對人民身體健康和農牧業生產，都有著嚴重的影響。為防治大氣污染，加強對大氣環境的保護,消除煙塵特別是二氧化硫對植物、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電廠煙氣對大氣污染問題的一種切實可行而且比較經濟的有效措施。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的濃度，使其低于有科學根據的、對生物界無影響的標準。為滿足煙氣有害物質排放標準的要求，在確定煙囪高度時，工藝人員要根據電廠規劃容量時的總耗煤量、煤質、鍋

6、爐的燃燒方式、除塵設備的型式及效率、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，技術條件復雜，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。在火力發電廠的設計中，煙囪的設計雖由土建設計人員完成，但煙囪高度和出口內直徑由工藝提供。本文將在簡要論述煙囪型式及選擇原則、國內外煙囪選型情況及對裂縫產生原因分析的基礎上，針對本工程煙氣特點，對煙囪選型提出推薦方案。2 煙囪的型式火力發電廠的煙囪是一個與工藝、設備緊密相關的土建構筑物。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。煙囪結構的設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，為滿足環保對煙氣擴散的要求，加大煙氣出口流速，使煙囪筒內煙氣產生正壓運行。從而導致煙氣向外滲透，增大了煙氣對筒身結構的腐蝕性；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，使設備出口溫度大大低于煙氣中酸氣露點溫度，在煙囪內形成冷凝酸溶液；煙囪磚砌內襯當受溫度膨脹影響或用普通水泥砂漿砌筑內襯時，磚縫都易產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，以達到技術先進、經濟合理、

9、施工簡便、使用安全、便于維護的要求。當前火力發電廠的煙囪，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：內襯、隔熱層緊貼煙囪筒壁內側，并分段支承在筒壁挑出的環梁上；2.1.2 自然通風式的單筒煙囪：內襯和鋼筋混凝土筒身之間設有通風道，采用沿煙囪高度減小通風道寬度的方法，使通風道內產生反壓力；2.1.3 強制通風式的單筒煙囪：內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，使通風道內的壓力高于煙囪內的煙氣壓力。2.2 套筒式煙囪套筒式煙囪是由內排煙筒和外承重筒組合而成。內排煙筒和外承重筒間留有大于700mm寬的通風道，通風道內設有樓梯和平臺，以供檢修人員對煙囪進

10、行維護。套筒式煙囪的內排煙筒有下面幾種支承方式；2.2.1 自承重式內排煙筒與外承重筒完全分開，內排煙筒的自重由本身結構承擔，并將其直接傳給基礎。2.2.2 懸掛式懸掛式內排煙筒一般采用鋼筒，并通過鋼拉桿將內排煙筒懸掛在外承重筒的內壁上；2.2.3 分段支承式沿煙囪高度，每2040m一段，將內排煙筒支承在外承重筒挑出的環梁上。2.3 多管式煙囪多管式煙囪由幾個內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。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： 煙囪結構可采用單筒式、套筒式或多管式，其選型可視煙氣腐蝕性的強弱及環保要求，結合工程

11、特點確定。 在選擇煙囪抗腐蝕措施時，應考慮下列諸因素：煙氣腐蝕性等級；煙氣在煙囪內呈正壓運行的可能性；每座煙囪所匹配發電機組總容量大小及在電力系統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構。即把承重外筒和排煙內筒分開，使外筒受力結構不與強腐蝕性煙氣相接觸。此時排煙內筒應采用耐酸材料構成。 當排放弱腐蝕性煙氣時，可采用防腐型單筒式煙囪結構。此時應在傳統單筒煙囪的基礎上采用如下防腐措施：采用耐酸內襯和耐酸隔熱材料；增強內襯結構密實性，防止或減少煙氣的滲漏；在內襯結構不能防止煙氣滲漏情況下，外筒內表面應做防腐隔離層，且應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，根據煙囪匹配機組容量大小和在電力系統中的重要性，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，通過改進煙囪或排煙筒的外形，設置頂部煙氣擴散頭，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款明確規定：“當排放弱腐蝕性煙氣時，應采用防腐型單筒式煙囪”。根據以上條款的要求可知：電廠煙囪結構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，如把常規設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濟上的不應有浪費。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 煙囪縱向裂縫產生的原因及控制裂縫寬度的措施火力發電廠的單筒式煙囪出現裂縫是普遍現象。而不受煙氣影響的套筒式和多管式煙囪的外筒壁都未發現有裂縫。要使傳統單筒式煙囪不出現縱向裂縫或使裂縫寬度控制在規定的0.150.30mm允許范圍內雖然很難，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：煙氣設計溫度取值偏低。通常機務專業提供給土建專業的煙氣設計溫度是以鍋爐正

14、常運行溫度為基礎的，即在采用干式除塵設備時為130150,濕式除塵設備時為90110。實際上,一座煙囪在它投運后的數十年間，由于鍋爐設備改變、除塵方式更換、煤種煤質變化、臨時性噴油及偶然運行事故等原因，完全有可能使實際發生的煙氣溫度比設計值高。煙氣設計溫度的取值應該考慮這種情況，并且在此基礎上留有裕度。溫度應力的設計安全度偏低。大量調查證明，現行煙囪設計規范所規定的設計安全度不能保證縱向裂縫寬度限制在允許范圍內，因為目前各行各業根據設計的傳統單筒煙囪普遍都發生縱向裂縫，而且許多單筒煙囪都是在投產不久（約1年左右）后就出現。裂縫產生原因是多方面的，但與按算得的溫度應力偏低有關。其理由是： 在煙囪

15、投運初期，混凝土收縮和蠕變較小，故結構剛度較大，以致在同等溫度作用下，其應力值比規范計算值要高（規范規定的混凝土彈性模量由于考慮收縮和徐變影響取值偏低）； 按規范計算筒壁內外自由溫度變形時，考慮穩定和不穩定傳熱方式差別的1.25調整系數偏小； 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濟的隔熱方法。但是調查發現，這種做法實際效果很不理想。因為傳統煙囪內襯厚度一般僅半磚厚，灰縫又不密實，通縫和泄氣現象嚴重，所以封閉空氣保溫層并不密封，保溫作用很有限； 內襯、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。煙囪內的內襯和保溫層，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襯和隔熱材料時，材料的保溫作用大為降低，可是在設計中往往忽略這一因素，從而導致外筒壁內外溫差和溫度應力計算值偏小。 筒壁混凝土收縮影響。據研究，混凝土收縮對煙囪縱向裂縫的產生和發展有相當大的影響。為此，可采取在混凝土澆注過程中，在筒壁內外涂養生液的辦法來減少混凝土的收縮量。針對以上原因，設計時應采取有效措施加以控制，有關控制措施詳見本文6.4條。5 國內外煙囪選型情況多年來由于經濟的、技術的原因，在火力發電廠煙囪的選型上，傳統的鋼筋混凝土單筒煙囪因其相對造價較低、構造簡單、施工便捷，仍

17、然成為我國火力發電廠側重的首選結構型式。這類煙囪的內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，這樣就在煙囪內形成較強的空氣串流，空氣串流使得砌筑內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，因為煙氣流的內部壓力高，迫使煙氣通過磚內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，導致了筒壁溫度應力過高而開裂，并使鋼筋混凝土筒體漸漸遭到嚴重的腐蝕。另外，傳統的鋼筋混

18、凝土單筒煙囪的設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，使筒壁環向鋼筋應力超限，則是筒壁產生裂縫的必然原因。查閱國外有關資料。早在六、七十年代隨著單機容量的不斷增大和環保對煙囪有效高度的要求，國外的大型火力發電廠煙囪多數采用鋼結構，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。隨著我國經濟實力的增強，火力發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濟和社會效益帶來巨大損失。由于環保的要求，電廠煙囪愈來愈高大，帶來的技術問題也相應增多，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。傳統的鋼筋混凝土單管煙囪運行后普遍出現裂縫，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。在我國目前因受經濟條件限制，不能象許多發達國家普遍采用鋼結構的情況下，采取措施克服傳統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，應被廣泛采用。防腐型單筒煙囪是在傳統的鋼筋混凝土單筒煙囪型式上，根據燃煤含硫量和腐蝕性指數對煙囪結構型式、內襯、保溫材料和計算參數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。本期工程建設規模為4600 MW，安裝四臺國產亞臨界凝汽式燃煤汽輪發電機組。一期工程建設規模為2600 MW，一次實現規劃設計容量 6600 MW，并留有再擴建的可能。6.2 原始資料根據招標書附件提供的設計媒質資料可知：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查該規程的表7.4.2可知煙氣腐蝕性等級為弱腐蝕。按照該規程的7.4.5條規定： “當排放弱腐蝕性煙氣時，可采用防腐型單筒式煙囪結構”。按照DL/T5000-2000的送審稿（第二版）16.10.2條第3款規定：“當排放弱腐蝕性煙氣時，應采用防腐型單筒式煙囪”。這里使用的是“應”，比的“可”更明確、更嚴格了。按有關規定：“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”。根據以上規定，本工程煙囪排放弱

22、腐蝕性煙氣，煙囪上段出現的正壓最大僅2.9mmH2O柱（見6.5）,遵照送審稿的明文規定及為節省投資考慮，推薦采用防腐型單筒煙囪，見附圖一（內出口直徑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 煙囪設計防腐型單筒煙囪設計時考慮對傳統單筒煙囪作如下改進： 通過調整煙囪坡度和控制煙氣的流速使煙囪內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，混凝土密實抗滲性好。 在鋼筋混凝土筒壁內表面設置耐高溫防腐蝕涂層或設置防腐蝕隔離層。 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、抗滲性能。 適當提高設計、計算標準，增強