冷却塔排烟技术的研究与实践

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1、,北京国电华北电力工程有限公司 2009.04.21 南京,冷却塔排烟技术的研究与实践 王宝福,目 录,1、引言 2、排烟冷却塔主要研究成果 3、冷却塔设计软件包的开发与应用 4、冷却塔排烟技术的工程实践 附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破（照片） 附录B：山东济宁电厂冷却塔爆破（录象） 附录C：大唐淮北发电厂冷却塔爆破（录象）,1 引 言,冷却塔剖析图 36 脱硫装置 39 吸收塔喷淋层 45 防噪墙 40 冷却塔风筒 41 收水器 42 配水层 43 淋水层 44 烟道 96 进水管,1 引 言,早在七十年代，水电部某军代表就对华北院发出了招贤榜：“谁能打到烟囱，就给谁吃老母鸡！”。 所谓“

2、打到烟囱”也就是取消烟囱的意思，在那个年代，生活非常艰苦，吃老母鸡相当于豪门盛宴，但谁也没有应招，并把军代表的话当作天方夜谭，一笑了之。 多年后的今天，人们终于看见了无烟囱电厂的出现，冷却塔排烟技术实现了人们“打到烟囱”的良好愿望。消除了烟囱造成的视觉污染。 经过多年的努力，目前已投入运行的排烟冷却塔有3座，即将建成或正在建设的排烟冷却塔还有6座，此外，还有多个带排烟冷却塔电厂的前期工作正在进行中。这次的技术交流就是北京国电公司在排烟冷却塔的研究和设计中所做工作的总结和介绍。,2 排烟冷却塔主要研究成果,成果之一：排烟冷却塔排烟道阻力模型试验研究报告 成果之二：排烟冷却塔热力性能实测研究报告

3、成果之三：排烟冷却塔烟气排放性能测试和环境影响实验研究 成果之四：排烟冷却塔防腐涂料研究报告 成果之五：排烟冷却塔结构有限元分析报告 成果之六：排烟冷却塔玻璃钢烟道研究报告 成果之七：排烟冷却塔塔热力计算程序 成果之八：ANSYS软件前后处理程序 成果之九：排烟冷却塔设计导则,2.1 排烟冷却塔排烟道阻力模型试验研究报告,排烟冷却塔阻力模型试验研究的主要内容涉及排烟冷却塔工艺设计的核心技术，包括原冷却塔的热力计算公式是否适用排烟冷却塔、排烟冷却塔中烟道的阻力计算方法、烟气对冷却塔的抽力影响、烟气排出速度与烟量对冷却塔的阻力计算的影响以及烟道的布置方式对冷却塔的特性影响等，并通过试验给出了排烟冷

4、却塔的抽力与阻力修正计算公式。,2.2 排烟冷却塔热力性能实测研究报告,西安热工研究院对华能北京热电厂排烟冷却塔进行了冬季和夏季热力性能、出口混合气体温度、流速等项目的现场实测，给出了该塔不同排烟量的热力性能方程式、出口混合气体流场、温度场分布图、以及在设计工况参数条件下的实测冷却能力值，并对不同排烟量工况下的出塔水温进行了计算，可作为排烟冷却塔设计的依据及运行参考资料。冬季试验于2007年3月中旬完成，夏季试验于2007年8月中旬完成。,2.3 排烟冷却塔烟气排放 性能测试和环境影响实验研究,中国环境科学研究院对三河发电厂二期工程烟塔排放性能测试和环境影响实验研究，是国内已经运行冷却塔排放技

5、术的电厂的第一次综合性测试和研究，包括电厂基础参数测试、烟塔排放实验、烟塔扩散实验、烟塔材料腐蚀、环境质量监测和烟塔环境影响等，所有数据都是在现场实验中获得的，将为我国进行相关方面的技术标准制订提供技术支持。,2.4 排烟冷却塔防腐涂料研究报告,排烟冷却塔防腐涂料研究包括以下四个方面内容： 排烟冷却塔防腐涂料的选型与测试 排烟冷却塔防腐的设计方案 排烟冷却塔防腐涂料的施工要求 排烟冷却塔防腐的施工验收标准,2.5 排烟冷却塔结构有限元分析报告,排烟冷却塔塔体筒壁开洞结构计算和稳定性分析采用了国际上通用的ANSYS有限元软件，并用ADINA及CTD-V5.0进行了设计复核，分析和比较，结论如下：

6、 (1)除下环梁外，ANSYS、ADINA和CTD5.0三种程序的单项荷载内力和设计荷载组合内力计算结果在数值上非常接近， (2)在内力计算结果非常吻合的情况下，ANSYS计算出的稳定安全系数大约是ADINA的23倍。这可能是由于程序内部算法不同引起的。 (3)开洞后排烟冷却塔的整体稳定安全系数明显下降，开洞后洞口周围出现应力集中现象，为此，在对洞口周围适当加厚的同时还需要加强洞口周围的配筋。 (4)开洞对塔筒应力的影响只局限在洞口周围较小的范围内，对普通塔筒段以及环基的影响是很小的。 (5)三河烟塔采用35对V字柱非均匀布置方案，烟道安装时间灵活性大，对烟塔的整体稳定影响很小。 (6)由于排

7、烟冷却塔的空间不对称性，在设计计算时必须考虑不同风向和不同地震方向的组合。 (7)在地震烈度为8度的及以上区域设计排烟冷却塔时，进行抗震验算是必要的。 (8)当来风正对洞口或与洞口夹角为7075时，洞口配筋往往是最大的。,2.6 排烟冷却塔玻璃钢烟道研究报告,玻璃钢烟道材料及结构形式研究包括六个方面内容： 排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料与工艺试验研究； 排烟冷却塔玻璃钢烟道的结构分析与计算； 排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料规范； 排烟冷却塔玻璃钢烟道制作工艺； 排烟冷却塔玻璃钢烟道制作验收标准； 排烟冷却塔玻璃钢烟道组装规范。,2.7 排烟冷却塔塔热力计算程序,冷却塔排烟技的关键是让烟气按排量及温

8、度参与冷却塔的热力计算，从而确定冷却塔的冷却能力（修定冷却塔的淋水面积及高度等）。另一方面，从环境评价方面也要求在排烟冷却塔设计的同时提供烟水混合气体的出口（排烟冷却塔出口）流速、流量和温度，以便确定烟气的抬升高度和扩散浓度。编制排烟冷却塔热力计算程序是实现上述目标的重要手段。 北京国电通过理论分析和模型试验，在国内首次研究成功排烟冷却塔的热力性能计算方法，并完成了排烟冷却塔热力计算程序的编制，实现了常规淡水冷却塔、排烟冷却塔、海水冷却塔热力性能计算的整合及集成。该软件计算方法和理论正确，具有创新性，数学模型成熟可靠，功能完善，具有广泛的工程实用价值，处于国内同行业领先水平。该软件已完成了多个

9、工程排烟冷却塔的热力计算，计算结果正确、合理，满足工程设计的要求。对冷却塔排烟先进技术的进一步推广提供了有力的支持。,2.8 ANSYS软件前后处理程序,冷却塔的有限元模型一般有数千个单元，如果逐个输入风荷载及温度荷载，需要花费大量得时间，因此需要开发专用的风荷载及温度荷载输入程序。另外，ANSYS的只能输出节点应力，如果要直接解决工程问题，需要开发专用的内力和配筋计算程序。现已完成了上述程序的开发，主要包括： （1）风荷载输入程序 （2）温度荷载输入程序 （3）内力及配筋计算程序,2.9 排烟冷却塔设计导则,该项成果是建立在前述8个单项课题研究基础之上，是对各项研究成果的规范和总结，从而形成

10、集团公司企业标准。 本导则主要的内容如下：1、范围；2、引用文件；3、术语和定义；4、总则；5排烟冷却塔设计条件；6排烟冷却塔及烟道布置和系统设计特点；7排烟冷却塔热力计算；8排烟冷却塔的结构设计；9排烟冷却塔的防腐；10排烟冷却塔烟道的设计与安装；11排烟冷却塔运行维护要求；12排烟冷却塔性能测试和验收试验；13排烟冷却塔与环保接口；附录：参考工程应用实例说明及主要图纸。,3 冷却塔设计软件包的开发与应用,该软件包是一个面向双曲线自然通风冷却塔结构静力计算和施工图的专用设计软件包，实现了冷却塔壳体、斜支柱、基础及淋水架构设计计算和绘图的一体化。该软件包计算结果正确、合理，设计成品符合现行规程

11、规范，满足工程的要求。 二、该软件包增加了带数据库支持的对话框数据输入方式并包含了淋水面积50016000m2之间的全部塔型的参考数据。 三、该软件包所采用的平台体系技术先进，用户界面友好、规范、自动化程度高、速度快、使用方便、适应性强、计算书内容详实，图纸表达正确、清晰，并具有在线帮助等功能。 四、该软件包开发目标明确、思路清晰、逻辑结构合理，具有较好的计算绘图功能。 五、该软件包经过了天津盘山发电厂等几十个工程的应用，效果良好，具有泛的工程实用价值，处于国内同类软件领先水平。 该软件包已获电力系统优秀计算机软件一等奖和2007年度全国工程勘察设计行业优秀计算机软件二等奖。这是全国电力勘测设

12、计行业获得的唯一的工程设计软件奖项。,4 冷却塔排烟技术的工程实践,北京国电通过多年来的技术攻关和积累，国内冷却塔排烟技术的实践已实现了从无到有的重大突破，国内的第一座排烟冷却塔华能北京高碑店热电厂排烟冷却塔已于2006年9月投入商业运行，国华三河电厂二期工程2座4500m2排烟冷却塔是由我公司自主设计的首座排烟冷却塔，也于2007年9月投入运行。 除此之外，国内还有3个电厂的6座排烟冷却塔正在设计和施工中，它们分别是：天津东北郊热电工程2330MW机组的两座5000m2排烟冷却塔，大唐国际锦洲热电厂2300MW机主的两座4000m2排烟冷却塔，大唐哈尔滨第一热电厂2300MW供热机组两座38

13、50m2排烟冷却塔。,4.1 国内排烟冷却塔工程一览表,4.2 北京高碑店热电厂排烟冷却塔,北京高碑店热电厂位于北京市东郊工业区的东南部，朝阳区境内。紧临东五环。厂区占地56公倾。 该排烟塔开创了国内冷却塔排烟技术工程实践的先河，同时该项目也是世界上独一无二的多台机共用一座排烟塔的工程。烟塔工程2005年6月1日开工，2006年9月底投入运行。 年多的运行、监测表明：烟塔正常运行时，冷却塔排烟的抬升高度和落地浓度达到了环保要求，循环水水质变化不明显；烟塔冷却效果略好于常规塔，玻璃钢烟道的热膨胀正常，塔筒壁冷凝水酸性不明显，但中央竖井处冷凝液酸性很强，循环水低流量运行对烟气的排放效果会带来一定的

14、负面影响。,4.2 北京高碑店热电厂排烟冷却塔,4.2 北京高碑店热电厂排烟冷却塔,总高度120m 进风口高度 6.5m 水池深度 2m 水池外部直径 70m 底部直径 67m 喉部直径 39m 出口直径 42m 烟道直径 27m 支柱对数 24对 淋水面积约3000m2,4.3 华能三河热电厂排烟冷却塔,三河电厂位于北京东的河北省三河市燕郊镇、距北京市区约34km。二期工程安装两台300MW亚临界、一次中间再热、抽汽供热、凝汽式国产机组，每台机组配一座淋水面积为4500m2的自然通风排烟冷却塔。已于2007年底全部投入商业运行。 2008年3月，中国环境科学研究院对该工程的排烟冷却塔进了相关

15、数据的测试，结果表明，烟气通过冷却塔排放的抬升高度和落地浓度达到了环保要求，烟塔各项运行指标达到了设计要求，排烟冷却塔运行正常。,4.3 华能三河热电厂排烟冷却塔,排烟冷却塔总高度120m，进风口高 7.8m，底部直径 83m，喉部直径 44m，出口直径 47m，烟道直径 5.2m，支柱对数 35对，壳体最小厚度：180mm，壳体最大厚度：800mm，烟道中心标高：39.00m，烟道出口标高：47.10m，淋水装置顶标高11.60m。,4.3 华能三河热电厂排烟冷却塔,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,塔高105m,淋水面积约4500m2是到目前为止成功爆破的亚洲第一大塔,附录A： 成都华能热

16、电厂冷却塔爆破,该冷却塔位于成都市成华大道二段华能热电厂内。 塔高105m; 底部直径85m; 44对人字柱; 建于1989; 2007年停用。,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,附录A：成都华能热电厂冷却塔爆破,附录B：济宁电厂冷却塔爆破,塔高90m; 底部直径70m; 淋水面积约3500m2; 1972年建成投运.,附录C：大唐淮北发电厂冷却塔爆破,塔高69m,底部直径60m,淋水面积约2000m2,愿与新老朋友携手合作 共创辉煌！,2009年04月21日 南京,北京国电华北电力工程有限公司 发电分公司 水工室 王宝福 办公室电话:010-59382555 手机:1391065280 EMAIL:WangbfNCPE.COM.CN QQ:383684814 BLOG: http:/CTD-V 地址: