660 MW级燃煤电厂“三塔合一”技术简析

田志叶

(国家林业局林产工业规划设计院，北京 100010)

0 引言

“三塔合一”是指火电厂的烟囱、冷却塔以及脱硫吸收塔合并，即将吸收塔、浆液循环泵以及浆液排出泵等脱硫设备布置在冷却塔内，从吸收塔塔顶利用冷却塔内热湿气流巨大的包裹和抬升作用，将脱硫后的净烟气直接对空排放，不设烟囱。该技术借鉴了德国应用比较成熟的“烟塔合一”技术的设计理念，并将脱硫吸收塔移至冷却塔内，由“烟塔合一”改为“三塔合一”，更加合理地利用空间，节省占地面积。

采用“三塔合一”技术是因为对烟气的品质有了更高的要求，随着GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的颁布，我国提高了对烟气中污染物排放的要求，排放指标下限已与德国采用“烟塔合一”技术电厂的烟气品质基本保持在同一水平。

1 项目概况

该项目为某燃煤电厂二期工程，装机容量2×660 MW，采用海勒式间接空冷系统、石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，1台锅炉配1台自然通风冷却塔，将脱硫吸收塔布置在海勒式空冷塔内，脱硫后烟气直接从吸收塔顶部排放，烟气脱硫系统不设置旁路，无烟气换热器(GGH)，无增压风机，脱硫系统与主机系统同时运行。全厂原则性系统流程如图1所示。

图1 原则性系统流程

2 项目特点及设计要求

该项目采用“三塔合一”技术方案，与常规燃煤电厂相比存在一些不同之处，主要体现在脱硫吸收塔布置在冷却塔内，冷却塔布置在炉后，不设烟囱，无水平净烟道，脱硫后的净烟气利用主体引风机和间接冷却塔对烟气的升压作用对空排放。采用“三塔合一”技术的电厂，在工程设计时有以下几方面的要求。

2.1 对汽轮机排气冷却方式的要求

按被冷却介质是否与空气接触，冷却塔分为湿式冷却塔和干式冷却塔。采用“三塔合一”技术时，因脱硫吸收塔等设备布置在冷却塔内，需选用干式冷却塔。干式冷却塔又可分为直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统(又称哈蒙式间接空冷系统)和带喷射式(混合式)凝汽器的间接空冷系统(又称为海勒式间接空冷系统)。直接空冷一般采用机械通风方式、A型框架结构，起不到烟囱的作用，所以汽轮机的排气就需要采用带表面式凝汽器的间接空冷系统或混合式凝汽器的间接空冷系统。该项目采用带混合式凝汽器的间接空冷系统。

2.2 对冷却塔布置的要求

采用“三塔合一”技术时，冷却塔除了具有常规冷却循环水的作用外，还将用来替代烟囱排放烟气，因此，冷却塔需布置在炉后或炉侧以缩短烟道距离，而不按传统方法布置在机侧，打破了我国以往常规燃煤电厂总平面布置的传统。因此，电厂设计时需因地制宜，在技术和经济上作全面的比较。该项目总平面布置如图2所示。

图2 总平面布置

2.3 对脱硫设备及控制仪表性能的要求

在系统运行时，冷却塔内环境温度较高，尤其是夏季，极端温度达65 ℃，空气湿度较大并具有一定酸性，加之检修不方便，因此布置在冷却塔内的吸收塔、脱硫附属设备及仪表等运行条件苛刻，必须保证上述设备在苛刻的环境下安全、稳定运行。

3 工程设计需注意的问题

采用“三塔合一”技术的电厂与采用常规烟囱排烟的电厂在设计上存在很大的区别，其中设计过程中的难点及特点有以下几个方面。

3.1 烟道的设计

因吸收塔布置在冷却塔内，从引风机出来的烟气需穿过冷却塔后，方能进入吸收塔内进行脱硫并排放。如图3所示，冷却塔底部由41对X支腿组成，烟道穿冷却塔的截面和高度受X支腿尺寸的限制，两个X支腿中间位置的间隙最大。该工程烟道截面采用圆形，直径为9.0 m，通过模拟计算，烟道在穿冷却塔前需将直径缩为7.8 m方能通过，如图4所示。

图3 冷却塔X支腿示意

3.2 烟道支架及管架的设计

从图4可以看出,烟道支架被冷却塔分为内外两部分，这两部分均采用钢筋混凝土结构，间距15.7 m，即图中8轴和9轴之间的距离。考虑到除烟道外还有一些厂区管道和电缆需穿过冷却塔，在这段距离内需要考虑解决管道和电缆的支撑问题。所以，在厂区管道所在高度内，利用内、外两部分烟道支架作为桁架，利用桁架生根解决管道和电缆的支撑问题。由于桁架布置在管道所在高度内，从图4的A-A剖面也可以看出，桁架所在高度处于两个X支腿之间距离相对较小的位置，在设计时需格外注意，避免桁架和工艺管道与X支腿发生冲突。

3.3 冷却塔的防腐

排烟冷却塔较常规冷却塔所处的环境更恶劣、受腐蚀性更强。湿法脱硫后的净烟气从吸收塔塔顶对空排放，在上升过程中与冷却塔内饱和热湿空气接触，部分水蒸气遇冷凝结成雾滴，其中一些雾滴会在冷却塔塔壁上聚集成较大的液滴，这些液滴因含有烟气所带的酸性气体而呈现出较强的酸性，而冷却塔为混凝土结构，因此这些液滴沿筒壁流动时会对塔筒筒壁局部造成严重腐蚀。为了防止烟塔酸性冷凝液腐蚀，在工程设计上，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，从而最大限度地提高混凝土自身的防护能力，并配合用其他辅助手段，如采用环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂及混凝土表面涂层等，以弥补混凝土保护能力的不足。

4 结论

随着国内环境空气污染物排放标准的提高，我国已具备“三塔合一”技术应用的条件，但技术还不成熟，部分设计还需依赖国外，因此，总投资比同规模的常规燃煤电厂高。但随着引进技术的消化、吸收和材料的国产化，投资将呈下降趋势。

目前，依据国内相关标准要求，燃煤电厂均需采取脱硫措施才能满足排放标准，而湿法脱硫工艺应用比较广泛，为我国火电厂建设中采用“三塔合一”技术提供了广阔的前景。

参考文献：

[1]汤蕴琳.火电厂“烟塔合一”技术的应用[J].电力建设，2005，26(2)：11-12.

[2]于国续.烟塔合一技术与应用前景研究[J].吉林电力，2006，34(2)：1-4.

[3]姚友成，候宪安.烟塔合一的冷却塔腐蚀与防护[J].电力勘测设计，2006，10(5)：17-20.