660 MW級燃煤電廠“三塔合一”技術簡析

田志葉

(國家林業局林產工業規劃設計院，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、漿液循環泵以及漿液排出泵等脫硫設備布置在冷卻塔內，從吸收塔塔頂利用冷卻塔內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，不設煙囪。該技術借鑒了德國應用比較成熟的“煙塔合一”技術的設計理念，并將脫硫吸收塔移至冷卻塔內，由“煙塔合一”改為“三塔合一”，更加合理地利用空間，節省占地面積。

采用“三塔合一”技術是因為對煙氣的品質有了更高的要求，隨著GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的頒布，我國提高了對煙氣中污染物排放的要求，排放指標下限已與德國采用“煙塔合一”技術電廠的煙氣品質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、石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，1臺鍋爐配1臺自然通風冷卻塔，將脫硫吸收塔布置在海勒式空冷塔內，脫硫后煙氣直接從吸收塔頂部排放，煙氣脫硫系統不設置旁路，無煙氣換熱器(GGH)，無增壓風機，脫硫系統與主機系統同時運行。全廠原則性系統流程如圖1所示。

圖1 原則性系統流程

2 項目特點及設計要求

該項目采用“三塔合一”技術方案，與常規燃煤電廠相比存在一些不同之處，主要體現在脫硫吸收塔布置在冷卻塔內，冷卻塔布置在爐后，不設煙囪，無水平凈煙道，脫硫后的凈煙氣利用主體引風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”技術的電廠，在工程設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”技術時，因脫硫吸收塔等設備布置在冷卻塔內，需選用干式冷卻塔。干式冷卻塔又可分為直接空冷系統、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(又稱哈蒙式間接空冷系統)和帶噴射式(混合式)凝汽器的間接空冷系統(又稱為海勒式間接空冷系統)。直接空冷一般采用機械通風方式、A型框架結構，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或混合式凝汽器的間接空冷系統。該項目采用帶混合式凝汽器的間接空冷系統。

2.2 對冷卻塔布置的要求

采用“三塔合一”技術時，冷卻塔除了具有常規冷卻循環水的作用外，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以縮短煙道距離，而不按傳統方法布置在機側，打破了我國以往常規燃煤電廠總平面布置的傳統。因此，電廠設計時需因地制宜，在技術和經濟上作全面的比較。該項目總平面布置如圖2所示。

圖2 總平面布置

2.3 對脫硫設備及控制儀表性能的要求

在系統運行時，冷卻塔內環境溫度較高，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的吸收塔、脫硫附屬設備及儀表等運行條件苛刻，必須保證上述設備在苛刻的環境下安全、穩定運行。

3 工程設計需注意的問題

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

3.1 煙道的設計

因吸收塔布置在冷卻塔內，從引風機出來的煙氣需穿過冷卻塔后，方能進入吸收塔內進行脫硫并排放。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計

從圖4可以看出,煙道支架被冷卻塔分為內外兩部分，這兩部分均采用鋼筋混凝土結構，間距15.7 m，即圖中8軸和9軸之間的距離。考慮到除煙道外還有一些廠區管道和電纜需穿過冷卻塔，在這段距離內需要考慮解決管道和電纜的支撐問題。所以，在廠區管道所在高度內，利用內、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，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，在設計時需格外注意，避免桁架和工藝管道與X支腿發生沖突。

3.3 冷卻塔的防腐

排煙冷卻塔較常規冷卻塔所處的環境更惡劣、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飽和熱濕空氣接觸，部分水蒸氣遇冷凝結成霧滴，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出較強的酸性，而冷卻塔為混凝土結構，因此這些液滴沿筒壁流動時會對塔筒筒壁局部造成嚴重腐蝕。為了防止煙塔酸性冷凝液腐蝕，在工程設計上，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 結論

隨著國內環境空氣污染物排放標準的提高，我國已具備“三塔合一”技術應用的條件，但技術還不成熟，部分設計還需依賴國外，因此，總投資比同規模的常規燃煤電廠高。但隨著引進技術的消化、吸收和材料的國產化，投資將呈下降趨勢。

目前，依據國內相關標準要求，燃煤電廠均需采取脫硫措施才能滿足排放標準，而濕法脫硫工藝應用比較廣泛，為我國火電廠建設中采用“三塔合一”技術提供了廣闊的前景。

參考文獻：

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