自备电站扩建对原锥型单筒式烟囱内压的影响

自备电站扩建对原锥型单筒式烟囱内压的影响

王琳李栋

(华北电力设计院有限公司100120)

摘要：山西某钢厂自备电站中原有两台热电联产机组。近些年随着钢材产量的不断扩大需扩建一台同等级别的机组以满足厂内生产用电和用热需求。本文重点论述了当三台循环流化床锅炉烟气从原有设计烟囱排出所引起的烟囱超压问题以及降低内压的三种手段。为目前自备电站扩建后的烟囱利旧起到一定的指导作用。

关键词：扩建机组；锅炉降负荷；烟囱内压；

1.电厂现状

山西某钢厂于2008年建设了两台480t/h超高压循环流化床锅炉+两台135MW超高压、一次中间再热、直接空冷、抽凝式汽轮发电供热机组。作为其自备电站。机组以带基本负荷为主，同时具有一定的调峰能力。未考虑扩建第三台机组，故设计烟囱时仅考虑了两台锅炉BMCR工况下的烟气流量。烟囱为高180m，出口外径5m的锥型单筒式钢筋混凝土防腐型烟囱（砖内衬），烟筒出口流速约为26~27m/s。烟囱内属负压运行，满足规范要求。

近些年随着钢厂炼钢产量不断扩大，使现有供热机组在供电和供热方面均不能满足发展的需要，于是扩建第三台同等级别机组成了必然趋势。在扩建的同时，新旧机组的尾部烟气需同时设置脱硫装置以满足日益严格的环保要求。

锅炉燃料以煤矸石为主，掺烧部分原煤。三台锅炉燃烧燃料所产生的烟气拟定利用现有烟囱排出。其燃料成分如表1-1所示：

根据表1-1,1-2,1-3式得出该燃料的Kc=1.47。属于弱腐蚀性气体。根据烟风煤粉管道设计规范要求砖内筒弱腐蚀性气体的允许正压压力应小于98Pa。

当三台锅炉同时处于BMCR工况下运行时，将产生烟温为122.686℃、流量为738.72m3/s的烟气，烟气紧贴烟囱内壁上升，至烟囱出口处，烟气流速将达40.65m/s，最高正压高达333.72Pa，其值远远高于规范中弱腐蚀性气体烟囱正压低于98pa的要求，不符合设计规范，现有烟囱将不能满足三台锅炉同时处于BMCR工况下运行的要求，最直接的办法是新建一根锥型单筒式钢筋混凝土防腐型烟囱（砖内衬）。

2降低烟囱内压方法

若不考虑再建一根烟囱，仅利用现有烟囱实现三台机组同时运行，经过分析现有以下三种方案可降低扩建后烟囱内压。

2.1锅炉降负荷方案

降低锅炉负荷是降低锅炉烟气量最直接的方法，经过计算当单台锅炉供气量降低到346t/h时，三台炉的烟气总量为580.24m3/s,烟温为122.686℃。烟囱出口流速为：29.56m/s,烟囱的最高正压为：97.56pa＜98pa。满足规范要求。此方案相当于两台炉处于BMCR工况下运行,一台炉子处于17%的工况下运行。

2.2烟气脱硫方案

对锅炉尾部烟气进行脱硫，可以降低烟气中的二氧化硫成分和烟气温度从而降低了尾部烟气量。烟气经过脱硫工艺后，为了保证烟气处于露点温度以上，烟温通常降到70-80℃。当烟气温度为80摄氏度时，三台炉BMCR工况下的烟气量为678.19m3/s。烟囱出口流速为：34.54m/s。脱硫确实降低了烟囱内压。但烟囱内的最高正压仍为：211.46pa>98pa。不满足规范要求。现有烟囱不能满足此种工况下工艺相关要求，无法正常使用，需新建套筒式烟囱（钛钢复合板内筒）。

2.3换热方案

将锅炉尾部烟气和凝结水或冷空气等冷却介质进行换热，降低烟气温度从而降低了尾部烟气量。经过计算，当烟气温度降到29℃时，三台炉的烟气量为580.21m3/s。烟囱出口流速为：29.55m/s。烟囱内的最高正压为：97.5pa<98pa。满足规范要求。此方案烟气即使经过脱硫处理，烟气中若仍存在残余的SO2，当烟温降低到烟气露点温度以下而进入干式烟囱，对烟囱内壁腐蚀性较为严重。

3.三种方案比较分析

对以上三种方案分别在烟囱腐蚀性、追加投资费用、发电量影响程度和工艺实现难易程度四个方面进行比较。方案比较结果见表3-1所示：

方案一中保持了原有烟气的腐蚀性程度，既不追加投资工艺实现起来也颇为容易。但其采用降负荷的方法牺牲了发电量。以汽轮机满发作为比较，在年利用小时数为5500小时时。单台机的年做功为2.673×109MJ/a。而方案一中单台机组降负荷至17%工况运行，使单台机的年做功为4.55×108MJ/a。差量为2.219×109MJ/a。

方案二中烟气通过脱硫工艺的处理降低了烟气中的硫成份，一定程度上降低了烟气的腐蚀性。但是烟气脱硫并不能将烟囱压力降低到规范要求之下。还需要对脱硫完的烟气进行换热，才能将烟气温度降到规范要求压力下的温度。方案二虽然并未对汽轮机做功造成影响，但是其追加了尾部烟气处理的投资费用（脱硫设备和换热设备）。再加上烟气换热后所需温度较低所以方案二实现起来较为困难。

方案三中将尾部烟气直接与冷空气换热达到烟气所需温度。虽然其并未对汽轮机做功造成影响，但是其追加了尾部烟气处理的投资费用（换热设备）。更重要的是当烟气未经过脱硫处理，烟温降低到烟气露点温度以下而进入烟囱。对烟囱内壁腐蚀性较为严重，使机组运行存在风险。

结论

综上所述，山西某钢厂自备电站在扩建之后若仍想满足干式烟囱内最高正压规范要求，从安全性和经济性以及环保性三方面考虑，在不增建和改造烟囱前提下的最佳方案为通过锅炉降负荷（两台BMCR+1台50%THA）运行同时结合半干法脱硫的方法使烟气温度降至约80℃左右（露点温度以上），此时三台炉的烟气总量为582.36m3/s，烟囱内的最高正压为97.65pa，满足烟囱正压＜98pa的规范要求