煙塔的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示,包括煙塔本體、煙道、塔芯填料等。脫硫后的煙氣通過玻璃鋼煙道( FRP) 進(jìn)入自然通風(fēng)冷卻塔,由塔心排放。

1 　煙塔尺寸

根據(jù)國內(nèi)某電廠的實(shí)際情況,為了減少凈煙道長度,節(jié)約投資,擬建煙塔的位置在主廠房北,3 個煤倉南,2 個煙囪之間。主廠房的高度為86 m ,煙塔與電除塵器之間的最小距離約50 m ,與主廠房的最小距離為70 m。在有風(fēng)和高濕度的情況下,煙塔排出的水汽可向下沉降,并延長至下風(fēng)向上百米距離,沉降的高度約為冷卻塔高度的1/ 3。因此,煙塔的高度大約為120 m。由于煙塔布置在現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)場地上,底部直徑最大只有72 m ,否則,煙塔的基礎(chǔ)將和3 個煤倉的基礎(chǔ)發(fā)生沖突。

表2 列出了國外幾個電廠與國內(nèi)某電廠擬建煙塔的初步設(shè)計(jì)尺寸。

從表2 可以看出,國內(nèi)某電廠擬建煙塔屬于非常規(guī)自然通風(fēng)冷卻塔, 較高但直徑不大, 淋水面積約3 000 m2 ,進(jìn)風(fēng)口面積與淋水面積之比達(dá)到了1. 27 ,而一般僅要求達(dá)到0. 35～0. 40 即可。因此,擬建煙塔的通風(fēng)能力很強(qiáng),有利于煙氣抬升。

2 　煙塔的外型

在德國,有些煙塔外型是帶肋的。目的是減少鋼筋和混凝土的用量,同時也可以減弱風(fēng)對塔的影響。經(jīng)調(diào)研,國內(nèi)沒有做過帶肋的冷卻塔,施工單位也沒有建造帶肋冷卻塔的經(jīng)驗(yàn)。而且,由于要增加新的帶肋模板,總造價會更高。因此,國內(nèi)某電廠擬建煙塔外型初步設(shè)計(jì)成光滑曲線。這種外型在德國也有很多。

3 　煙塔的殼體

在德國,120 m 煙塔最薄處的厚度為180 mm ,按照中國的標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)為140 mm ,加厚的目的是為了保護(hù)鋼筋,因此混凝土的用量將會增加,在計(jì)算工程量時要考慮這一點(diǎn)。

4 　煙塔地基處理和人字柱

德國設(shè)計(jì)煙塔的人字柱為預(yù)制混凝土,直接承受整個殼體的重量而不是均勻的將殼體重量傳遞給煙塔基礎(chǔ),因此地基的處理也采用單根人字柱單獨(dú)處理(點(diǎn)式) ,與國內(nèi)采用負(fù)荷地基處理技術(shù)(面式) 有所不同。國內(nèi)某電廠地基處理為國內(nèi)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),因此地基設(shè)計(jì)將按照中國的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

德國的煙塔人字柱直徑比較大,但數(shù)量少,如德國為國內(nèi)某電廠設(shè)計(jì)的120 m 高煙塔,人字柱直徑達(dá)到了800 mm ,只有24 對,而國內(nèi)某電廠煙塔的高度為90 m ,人字柱為400 mm ×400 mm ,數(shù)量達(dá)到了40 對。

5 　冬季運(yùn)行系統(tǒng)

德國設(shè)計(jì)的冷卻塔有相當(dāng)多的分區(qū),分區(qū)的閥門采用不銹鋼螺旋閘閥,布置在塔內(nèi)。當(dāng)氣溫低于8 ℃時,要打開化冰管,隨著氣溫的降低,逐步關(guān)閉冷卻塔中央的1 、2 等分區(qū),以滿足冷卻塔出口循環(huán)水溫維持在13 ℃～14 ℃。隨著氣溫降低,冷卻塔出口循環(huán)水溫繼續(xù)降低,這時再逐漸關(guān)閉其它區(qū)域。當(dāng)淋水面積小于整個煙塔的50 %時,開啟旁路手動閘門(圖3) ,循環(huán)水直接通過豎井向下流到水池中。因此,國內(nèi)某電廠擬建煙塔也設(shè)計(jì)了這些分區(qū)。

在德國,操作分區(qū)自動進(jìn)行,由安放在填料下的PT 100 鉑電阻溫度測量儀測量循環(huán)水溫度,此信號通過電纜傳輸?shù)娇刂剖?再反饋給閥門調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。國內(nèi)某電廠由于煙塔的特殊性,操作分區(qū)手動進(jìn)行。德國設(shè)計(jì)的煙塔化冰管與中國的不同。循環(huán)水進(jìn)水從中央豎井通過槽(管) 直接引到塔周圍的化冰管,而不是環(huán)冷卻塔池布置水管再垂直上水給化冰管。同時,在氣溫低于- 20 ℃時,采用抗低溫較好的FRP 管道;如果電廠區(qū)域的環(huán)境溫度在冬季高于- 20 ℃,可以采用造價較低的硬聚氯乙烯管道(UPVC) 。

6 　煙塔上水管

在德國,除早期(上世紀(jì)70 年代前) 的上水管采用鋼管從水池底上面進(jìn)入中央豎井外,現(xiàn)在的冷卻塔均采用現(xiàn)澆混凝土在水池底下面進(jìn)入中央豎井,這樣整個水池中看不到去中央豎井的上水管道。因國內(nèi)的地基處理采用負(fù)荷地基處理方式,如將上水管道布置在水池底下面,可能導(dǎo)致地基受力不均,故去中央豎井的循環(huán)水管道仍然布置在水池底上面,離池底有一定距離,管道改用混凝土。

7 　池底清淤

德國設(shè)計(jì)的冷卻塔池底有一個斜坡通向塔外溝道,在清淤時用水將淤泥沖至溝道,再用吸泥泵將泥抽走。擬建煙塔將保留此設(shè)計(jì),但塔外的溝道需要統(tǒng)一考慮。

8 　出水口

德國設(shè)計(jì)的循環(huán)冷卻水出水口在水池底部,其標(biāo)高比國內(nèi)設(shè)計(jì)降低了500 mm ,這可能會影響采用國內(nèi)技術(shù)的地基處理效果。因此,擬建煙塔出水口的標(biāo)高仍然由塔池外開始降低,以便與循環(huán)水回流系統(tǒng)連接。

9 　塔芯設(shè)備

塔芯設(shè)備包括中央豎井、主水槽、支管、噴頭、填料、收水器、分區(qū)閥門、化冰管等,均可在國內(nèi)采購。德國設(shè)計(jì)的噴淋系統(tǒng)采用上噴,填料類型主要有飛濺式、薄膜式及介于兩者之間的網(wǎng)狀式,材料為聚氯乙烯(PVC) ;收水器框架為聚丙烯( PP) ,片為PVC ,噴頭采用PP 制作,配水管道和化冰管可以采用UPVC 管,分區(qū)閥門為不銹鋼手動螺旋閘閥。在正常使用條件下,填料的使用壽命為15 年,這些填料和設(shè)備均可在國內(nèi)采購。

10 　擋風(fēng)墻

為了減小大風(fēng)情況下冷卻水霧穿過冷卻塔淋水區(qū),通過進(jìn)風(fēng)口飄逸而影響周圍設(shè)備的運(yùn)行,造成濕滑、結(jié)冰,在填料與水池水面間有四面擋風(fēng)墻,防止風(fēng)對流。擋風(fēng)墻為格柵式,水泥澆注,這樣可以減小風(fēng)對墻的沖擊。

11 　防雷系統(tǒng)

防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照GB50057 94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行,在塔外與全廠防雷接地網(wǎng)連通。

12 　走道與欄桿

德國設(shè)計(jì)走道、欄桿的基本原則是,凡有人站立、需要承重的地方,均用防硫酸腐蝕的不銹鋼,其它地方用熱鍍鋅材料。擬建煙塔塔頂走道為混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)為混凝土殼體,高為1. 2 m ,外為含鈦不銹鋼欄桿,高為1. 2 m。從塔高10 m 至塔頂?shù)氖蠡\梯,采用防腐蝕不銹鋼,大約每10 m 設(shè)1 個休息平臺。從0 m 到塔高10 m 的樓梯用碳鋼加防腐。在人孔門的對面還設(shè)計(jì)了從0 m 到塔高10 m 的鼠籠梯,目的是考慮緊急逃生用。塔內(nèi)的走道用混凝土、碳鋼加防腐材料(德國用熱鍍鋅材料) 。塔內(nèi)走道至玻璃鋼煙道底部的鼠籠梯用防腐蝕不銹鋼。

國內(nèi)某電廠由于4 號爐煙氣進(jìn)1 個煙塔,檢修的機(jī)會有限,因此塔內(nèi)部件(包括走道、欄桿) 建議用耐腐蝕的不銹鋼或工程塑料,少用碳鋼。

13 　塔內(nèi)支撐與塔的防腐

塔內(nèi)支撐的基礎(chǔ)為混凝土加防腐,滑動支架用耐腐蝕不銹鋼。

為了防止酸性冷凝液腐蝕煙塔,德國專門為煙塔設(shè)計(jì)了2 種防腐方式,一種是采用耐酸水泥,一種是噴涂防腐涂料。國內(nèi)某電廠的防腐擬采用噴涂防腐涂料工藝,防腐設(shè)計(jì)按照V GB R 612 U 導(dǎo)則進(jìn)行,初步設(shè)計(jì)如下。

(1) 內(nèi)壁(含塔芯) 防腐　用50 MPa 的高壓水沖洗,沖洗水的流量約為1. 7 t/ h 。沖洗前,先在塔頂和塔底固定滑軌,然后再將鋼索固定在滑軌上,鋼索上安裝有吊籃,這樣既可以上下移動,也可以左右移動,方便沖洗和防腐。塔喉部以上的內(nèi)壁和塔頂部的防腐層厚度為300μm ,包括1 層防水層、1 層基層和2 層面層;喉部以下的內(nèi)壁防腐層厚度為200 μm ,包括1 層基層和2 層面層;塔芯的防腐層厚度為100μm ,包括1層基層和1 層面層。

(2) 外壁防腐　德國設(shè)計(jì)的所有煙塔的外壁全部進(jìn)行防腐,法國、匈牙利等國的煙塔外壁防腐前不用水沖洗,防腐層厚度只有80μm ,包括1 層防水層和2 層面層,目的是減少由于毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)入到混凝土內(nèi)的水分,延長鋼筋壽命。擬建煙塔也采用類似的外壁防腐工藝。

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