火力发电厂烟囱结构的选型

摘要：本文分析火力发电厂烟囱的结构型式，结合本工程的特点，做了烟囱结构选型及技术经济比较，确定最终的烟囱型式。

关键词：火力发电厂 烟囱 选型

中图分类号： TM6文献标识码：A 文章编号：

1 概述

烟囱的设计是在满足工艺正常运行、结构安全的基础上，对烟囱结构选型和耐腐蚀耐热内衬材料以及烟囱外形进行多方案优选论证。同时，充分借鉴国内外的先进设计思想，应用先进的设计手段和方法，采用新思维、新技术、新工艺，进行多方案优化比较，以达到满足生产运行、检修维护便利、缩短施工周期、节省工程量、控制工程造价，实现“更先进、更可靠、更经济”的设计目标，使业主以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

中电投乌苏热电厂一期(2×300MW机组)工程两炉合用一座高210m﹑出口内直径为7.5m的烟囱。除尘方式采用高效静电除尘器，并对烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，脱硫系统不设GGH。烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未消除，相反地，脱硫后低温、高湿使腐蚀状况进一步加剧，因此烟囱的抗腐蚀性能需要提高，尤其脱硫系统不设置GGH 时烟囱的抗腐蚀性能要求更高。

烟气的腐蚀是影响烟囱耐久性的关键因素，特别当烟囱高度增高、内衬材料不同时，引起造价增加，因此，需要研究高烟囱的合理型式、内衬材料的合理选用，满足耐久性要求，以达到技术先进、经济合理、施工简便、使用安全、便于维护的要求。

2 烟囱结构型式

全程负压耐酸整体浇注料内衬烟囱，是在传统的锥形单筒烟囱上做了如下两方面的改进：一，用新型的耐酸整体浇注料内衬代替传统的耐酸砖砌体内衬，从根本上解决了烟气沿砌体灰缝的渗漏问题；二，通过改变烟囱排烟筒的外型，从而保证烟气在烟囱内全程负压运行，避免了由于烟气正压运行造成的腐蚀。该种改进型的全程负压烟囱既解决了传统的砌筑型内衬单筒烟囱灰逢容易渗漏的问题，又实现了烟气在烟囱内全程负压的运行工况，最大程度地减弱了由于烟气正压运行造成的烟囱腐蚀。同时，又由于耐酸整体浇注料内衬具有轻质、高强、材料耐酸、价格便宜等优点，已越来越多地被工程设计人员和广大的业主所认可。这种新型的全程负压烟囱较适用于湿法脱硫设置或不设置GGH装置的烟囱。

钢排烟筒结构型式是将钢筋混凝土承重外筒与钢排烟筒功能分开的结构型式。承重外筒其直径及坡度根据工艺、风荷载、地震及检修条件决定，内外筒之间设置多道横向限位装置限制内筒的水平变位，保证内筒的安全稳定。钢内筒烟囱内衬通常采用耐酸钢内筒内衬玻璃砖方案：

泡沫玻璃砖内衬系统同时具有耐腐蚀和隔热性能，使原来的烟囱防腐内衬和保温层结构合二为一，外侧不再设保温层。用专用的粘合剂将玻璃砖直接贴在钢内筒内表面，并且用粘合剂对玻璃砖之间勾缝，阻断了烟气对筒壁的防腐蚀。钢筋混凝土钢套筒式烟囱采用泡沫玻璃砖防腐隔热内衬厚度为38mm，范围从钢筋混凝土灰斗平台一直到顶部。

3 烟囱结构选型及技术经济比较

一般来说，合理地选择好烟囱结构型式，要考虑以下几个方面：烟囱的重要性、烟囱的功能、环保方面、考虑运行维修方便及经济造价。

湿法脱硫工艺采用碱性洗涤液与烟气中的SO2作用生成难溶于水的亚硫酸盐或硫酸盐，以达到脱除SO2的目的。湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高(据有关资料，约20%左右)。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反脱硫后的烟气温度在45℃～48℃之间，湿度很大，处于饱和状态，烟囱内烟气低于烟气结露的温度，烟气易冷凝结露，形成冷凝酸液依附于烟囱内侧，造成对烟囱内衬的腐蚀。另外脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，是一种腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。

本期工程设计煤种和校核煤种的含硫量均小于0.75%，按《烟囱设计规范》(GB 50051-2002)的规定，烟气腐蚀性很弱；按《火力发电厂结构设计技术规程》(DL 5022-2012)规定，烟气腐蚀等级可按腐蚀性性指数或除尘器类别划分。根据该规范，设计煤种和校核煤种的腐蚀性指数kc均小于0.5，腐蚀等级为弱；该规范对采用湿式除尘使烟气增湿的情况定义为强腐蚀，同时规定设有脱硫装置时，烟气腐蚀等级可以降低一级，已经是弱腐蚀的不降低。该规范条文说明指出：由调查得知，湿式除尘方式在燃煤含硫量较高时腐蚀影响很明显，含硫量低于1.0%时则影响较小。

国内现行《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2和《火力发电厂结构设计技术规程》DL5022-2012均对烟囱结构选型提出了参考标准：根据《火力发电厂结构设计技术规程》（DL5022-2012）的要求，当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构，其排烟内筒应采用耐酸材料构成；当排放中等腐蚀性烟气时，既可采用多管式或套筒式烟囱，也可采用防腐型钢筋混凝土单筒烟囱；当排放弱腐蚀性烟气时，可采用防腐型钢筋混凝土单筒烟囱。

传统的钢筋混凝土单筒烟囱因为具有以下缺点，本工程不再考虑选用。

（1）传统的钢筋混凝土单筒烟囱构造不合理，内衬、隔热层组成的排烟管紧靠外筒壁，其坡度与外筒壁相同。这使得烟囱部分区段的烟气处于正压运行，加速了烟气对内衬的腐蚀作用，加之内衬砌筑灰缝不密实，因而影响钢筋混凝土外筒壁的强度，这是烟囱选型构造上的薄弱环节。

（2）与隔热层的质量有关，传统的钢筋混凝土单筒烟囱隔热层通常采用亲水材料或空气做隔热层。其隔热效果均较低。

（3）传统式钢筋混凝土单筒烟囱内衬、砌筑砂浆不耐酸。砖内衬灰缝很容易遭受烟气腐蚀，尤其是燃煤含硫量≥1%时，砌筑砂浆部分或大部分失去粘结力，内衬结构较松散，影响了内衬结构的整体性。

因此，结合国内现行《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2和《火力发电厂结构设计技术规程》DL5022-2012规定和工程实例，本工程可选择：

方案一：全程负压耐酸整体浇注料内衬烟囱

根据《火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料》（DL /T 901一2004）规定：密实型耐酸胶结料和体积吸水率不大于5%的各类耐酸砖(砌块)或密实型耐酸浇注料，可适用于砌筑或浇注以湿式除尘(脱硫)方式运行的钢筋混凝土烟囱(烟道)的内衬。因此本工程可采用密实型耐酸浇注料作为内衬。

方案二：钢套筒烟囱：

内衬材料选用发泡玻璃砖，但根据电厂使用情况调查，目前已发生过施工期间起火及运行期间玻璃砖飞出的事故，均与施工质量有很大的关系。因此当采用时，应对施工严格控制和检验。

本工程就改进型防腐单筒烟囱和钢套筒烟囱方案进行经济比较得出：耐酸钢套筒内衬玻璃砖烟囱（悬挂式），筒身及基础造价2400万元；全程负压耐酸整体浇注料内衬烟囱，1950万元。

4 施工工期比较

套筒式烟囱的排烟筒与钢筋混凝土承重外筒相对独立，排烟筒必须有相应的平台梁、板、支撑来支承，因此增加了该部分的施工过程及工期时间。改进型全程负压钢筋混凝土烟囱的排烟筒是紧贴钢筋混凝土承重外筒，支承在其内壁的牛腿上，因此在外筒壁电动升模的同时，即可在升模架上直接进行排烟筒的施工，不用另外搭设脚手架；随着外筒壁的升高，内衬也同时完成，因此施工速度快、安全，工人的劳动强度也较低，根据工程经验，改进型单筒烟囱由于同时滑工期一般为7个月左右，套筒烟囱的工期一般为9个月左右。

5 结论与建议

由于全程负压耐酸整体浇注料内衬烟囱属于近年来较新的一种烟囱结构，目前在中电司下属的四平电厂（2X300MW）、松花江电厂（2X300MW）、白城电厂（2X600MW）、景德镇电厂（2X600MW）均已采用，运行状况良好。所以根据此信息，我们对上述电厂进行了调研，并针对其造价和施工工期的优势在此报告将全程负压耐酸整体浇注料内衬烟囱方案作为补充方案列入，业主进行评价后将此作为施工图的最终方案。

参考文献：

[1]火力发电厂结构设计技术规程，DL 5022-2012

[2]建筑抗震设计规范， GB5011-2010

[3]烟囱设计规范，GB 50051-2002

[4]火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料，DL /T 901一2004