60米煙囪新建施工(gōng)方案

　　根據所建煙囪目的的不同，煙囪新建的設計方案上面也會有一(yī)些比較明顯的變化，這裏就提供一(yī)個垃圾焚燒煙囪的設計方案，通過對這個方案進行了解，可以在一(yī)定程度上明白(bái)垃圾焚燒煙囪的特點和其他一(yī)些不是很容解釋的東西，由于垃圾焚燒在我(wǒ)國屬于嚴格的法律控制範圍的工(gōng)程項目，因此相關的新建方案也比較少見，這裏特别分(fēn)享一(yī)列。

　　近幾年來,國内建設的垃圾焚燒廠不斷增多。除了極少數焚燒特殊垃圾(例如醫療垃圾)的焚燒廠外(wài),對于絕大(dà)多數城市生(shēng)活垃圾焚燒廠,煙囪都是必不可少的設施。目前,國内外(wài)建設的很多火(huǒ)力發電(diàn)廠以及一(yī)些自用鍋爐的大(dà)中(zhōng)型廠礦企業,也都需建設煙囪。過往的煙囪設計,大(dà)多比較成功,但也存在一(yī)些問題。這些經驗和教訓,爲近幾年來開(kāi)始興建的城市生(shēng)活垃圾焚燒廠的煙囪設計,提供了寶貴的借鑒。與火(huǒ)力發電(diàn)廠的煙氣相比,垃圾焚燒産生(shēng)的煙氣成份不同、排放(fàng)标準不同、煙囪的運行方式也不一(yī)樣,垃圾焚燒廠的煙囪設計有自身的特點。本文結合多個工(gōng)程的設計實踐經驗,談談城市生(shēng)活垃圾焚燒工(gōng)程中(zhōng)煙囪設計的體(tǐ)會。

　　1工(gōng)藝設計

　　煙囪的作用是将燃燒尾氣排向大(dà)氣,利用大(dà)氣的擴散作用将尾氣擴散稀釋。工(gōng)藝專業設計的内容含:煙囪的高度、排氣筒管徑、煙氣流速、煙氣溫度、排氣筒的布置形式。

　　1•1煙囪高度

　　煙囪高度越高,尾氣擴散稀釋的效果越好,同時,建設費(fèi)用亦越高,因此,煙囪高度應根據環境影響評價要求,在滿足國家環境保護要求的前提下(xià),适當考慮

　　1•2排氣筒管徑、煙氣流速

　　尾氣從煙囪口排出的速度越大(dà),擴散稀釋的效果越好。但是,速度越過30m/s,會發生(shēng)笛音現

　　象,所以尾氣排放(fàng)速度不能大(dà)于這個值。如果煙氣流速過低,又(yòu)會增加煙氣對排氣筒腐蝕的可能,也降低煙氣的擴散稀釋效果,通常的煙氣流速控制在10~20m/s。确定了煙氣流速,根據産生(shēng)的煙氣總量,便能确定出排氣筒管徑。煙囪(排氣筒)出口内徑d(單位:m)由下(xià)式确定:

　　d=ndVy3600×0.785w0

　　式中(zhōng)nd—由一(yī)個煙囪(排氣筒)負擔的蒸汽數值(單位:t/h);

　　Vy—每小(xiǎo)時産生(shēng)1t蒸氣的煙氣量(單位:m3/h);

　　w0—煙囪出口處的煙氣流速(單位:m/s)。圓形煙囪(排氣筒)的出口内徑,一(yī)般不小(xiǎo)于

　　0•8m,内表面無須防護處理且無須人員(yuán)入内維護的鋼制煙囪(排氣筒)不受此限。

　　1•3煙氣溫度取決于煙氣淨化設備出口的煙氣溫度,但不能低于煙氣露點,以避免煙氣在排氣筒内

　　結露,對排氣筒造成腐蝕。

　　1•4排氣筒的布置形式

　　垃圾焚燒設施的尾氣排放(fàng)量與垃圾熱值和焚燒負荷有關,同時運行的垃圾焚燒爐台數對尾氣

　　排放(fàng)量有很大(dà)影響。如果多台焚燒爐的尾氣從一(yī)隻煙囪(排氣筒)排出,焚燒的運行狀況不同(例如,其中(zhōng)一(yī)台或幾台焚燒爐停爐維修),尾氣排放(fàng)量及排放(fàng)速度均不同,使煙氣在煙囪排氣筒内的流度、流量、溫度難以控制在設計允許的範圍内。一(yī)台焚燒爐一(yī)個排氣筒,能夠有效地利用尾氣自身擁有的能量,較爲方便地控制煙氣的流速、溫度。但是,如果一(yī)個排氣筒設一(yī)隻煙囪,建設及維護費(fèi)用都很高。目前,國内外(wài)通常的做法,是采用組合式煙囪,即一(yī)台焚燒爐設一(yī)個排氣筒,多個排氣筒組合在一(yī)起,形成一(yī)隻煙囪,換而言之,即在一(yī)隻煙囪内,設多個排氣筒,各排氣筒相互獨立。上海垃圾焚燒廠采用一(yī)隻組合式鋼筋混凝土煙囪,内設3個鋼排氣筒,每台焚燒爐一(yī)個排氣筒;其煙囪的高度:80m,排氣筒管徑:1800mm,煙氣流速:15m/s,煙氣溫度120~140℃(排氣筒出口溫度)。

　　2結構設計

　　盡管實際工(gōng)程中(zhōng),組合式煙囪、集中(zhōng)式煙囪(多爐共用1個排氣筒)和獨立式煙囪(1爐1個

　　排氣筒1隻煙囪)都存在,但本文僅讨論在城市生(shēng)活垃圾焚燒廠工(gōng)程中(zhōng)常用的組合式煙囪。從結構受力的角度,組合式煙囪可粗分(fēn)爲三種形式:混合式煙囪:外(wài)筒爲鋼筋混凝土結構,作

　　爲受力結構,排氣筒爲鋼制大(dà)直徑圓形管道,僅作爲煙氣排放(fàng)的通道,不作爲受力構件;塔架式鋼煙囪:塔架獨立承擔外(wài)荷載作用,鋼制排氣筒爲非受力構件,依附于塔架,鋼制排氣筒的荷載(包括自重及外(wài)荷載),由塔架承擔;排氣筒受力塔架式鋼煙囪:鋼制排氣筒作爲塔架中(zhōng)的受力構件(肢柱),參與塔架整體(tǐ)受力分(fēn)析。确定适當的結構受力體(tǐ)系後,選用恰當的程序進行計算分(fēn)析。有關規定,按照《煙囪設計規範》GB50051執行。本文不作贅述。五洲工(gōng)程設計研究院設計的一(yī)些實例爲:上海江橋城市生(shēng)活垃圾焚燒廠煙囪:三管集束式組合煙囪,外(wài)筒爲鋼筋混凝土牆體(tǐ)作爲受力結構,内設3根普通碳素鋼制排氣筒,懸挂式受力形式;河北(běi)靈達垃圾轉化熱電(diàn)站煙囪,四管集束式組合煙囪,結構同上,僅排氣筒爲4根;廣東東莞橫瀝垃圾轉化熱電(diàn)站煙囪,爲單筒集中(zhōng)式煙囪,鋼筋混凝土筒體(tǐ)結構,内砌防護砌體(tǐ)牆。

　　3煙囪的防護設計

　　煙囪的防腐蝕設計,應考慮下(xià)列因素:煙囪内煙氣的腐蝕等級;結構重要性;煙囪的運行方式

　　(經常性或間隙性運行方式);煙囪内是否有結露現象;技術經濟比較;檢修條件。

　　煙囪的腐蝕,主要包括自然環境腐蝕和排氣筒内的煙氣腐蝕,煙囪的防護設計,也主要是針對這兩種腐蝕的防護。自然環境的腐蝕,主要是雨雪、空氣中(zhōng)有害成分(fēn)(大(dà)多來源于工(gōng)業生(shēng)産的排放(fàng)物(wù))的腐蝕等,對這種腐蝕,有許多有效的防護措施,較爲常見,本文不作贅述,本文主要讨論煙囪排氣筒内壁針對煙氣腐蝕的防護設計。談到排氣筒内壁的防護,有必要讨論煙氣成分(fēn)、煙氣腐蝕的機理、煙氣淨化的工(gōng)藝與防護的關系。

　　3•1煙氣的成分(fēn)

　　煙氣的成分(fēn)比較複雜(zá),不過,無論采用何種煙氣淨化工(gōng)藝,正常生(shēng)産狀态下(xià),從煙囪出口排出的煙氣的成分(fēn),必須達到國家标準(或國際标準)。

　　上海垃圾焚燒廠執行的标準(含氧量爲11%的幹氣體(tǐ))。

　　除了上表中(zhōng)列出的成份以外(wài),煙氣中(zhōng)還有排放(fàng)标準中(zhōng)不控制但對排氣筒腐蝕有影響的成分(fēn),例如水汽、CO2。

　　3•2煙氣對鋼材腐蝕的機理

　　從煙氣成分(fēn)分(fēn)析,煙氣中(zhōng)對鋼有腐蝕作用的成分(fēn)主要是HCl、HF及SOx、CO2、水汽等。幹燥的HCl、HF、SOx氣體(tǐ)對鋼材的腐蝕作用非常輕微。據有關資(zī)料,200℃的幹燥的HCl氣體(tǐ),300℃的幹燥的SO2氣體(tǐ),對碳鋼的腐蝕深度在0•1~1mm/a,按照均勻腐蝕10級蘇聯标準判斷,爲6~7級(尚耐腐蝕),按照均勻腐蝕3級标準判斷,爲2級(可用);CO2氣體(tǐ)對鋼材幾乎沒有

　　如果煙氣中(zhōng)含有足夠的水份,并且出現了結露,那麽,排氣筒筒壁上将會出現酸性液體(tǐ),對排

　　氣筒産生(shēng)嚴重的腐蝕作用,HCl、HF酸性液體(tǐ)能直接與鋼材發生(shēng)化學反應。煙氣中(zhōng)的SO2,通常先與水H2O反應生(shēng)成H2SO3,也可能同時與水汽H2O和氧氣O2反應,生(shēng)成H2SO4,而H2SO3、H2SO4再與鋼材反應,從而對鋼材産生(shēng)腐蝕作用。煙氣中(zhōng)的CO2,會與水H2O反應生(shēng)成H2CO3,也會對鋼材産生(shēng)一(yī)定的腐蝕。此外(wài),還有其它腐蝕。碳鋼在無氧酸(如鹽酸、氫氟酸等)中(zhōng)能被強烈腐蝕,被腐蝕的速度随酸的濃度增加而加快;碳鋼在含氧酸(如硫酸等),被腐蝕的速度取決于酸的氧化能力。因此,工(gōng)藝專業應選擇合适的煙氣流速及溫度,采用适當的煙氣淨化工(gōng)藝,以降低煙氣濕度;建築專業在排氣筒外(wài)壁采取适當的保溫措施,以确保煙氣在排氣筒流動過程中(zhōng)不結露或盡可能少結露。在工(gōng)程設計中(zhōng),采取這些措施後,可以認爲正常生(shēng)産狀态下(xià)産生(shēng)的煙氣,對鋼材的腐蝕作用,可以得到有效控制。

　　3•3煙氣淨化工(gōng)藝與排氣筒防護

　　煙氣淨化工(gōng)藝形式較多,按吸收劑的狀态及其系統中(zhōng)是否有廢水排出,可分(fēn)爲濕法、半幹法和

　　幹法三種。對于采用濕法煙氣淨化工(gōng)藝,其處理後的煙氣中(zhōng),含水量相對較大(dà),對排氣筒的腐蝕作用也較大(dà),一(yī)般都需要對排氣筒采取防護措施。在日本、歐洲,有一(yī)些針對性防護作法,可供

　　參照。在國内普通火(huǒ)力發電(diàn)廠工(gōng)程中(zhōng),常常采用磚砌煙囪或者鋼筋混凝土煙囪,内設耐火(huǒ)磚襯裏的做法,這樣成功的工(gōng)程實例很多,可供參照;近些年,采用鋼管煙囪的工(gōng)程實例也逐漸增多。對于采用半幹法或幹法煙氣淨化工(gōng)藝,其處理後的煙氣中(zhōng),含水量相對較少,對排氣筒的腐蝕作用也較小(xiǎo)。若采用磚砌煙囪或鋼筋混凝土煙囪,其防護做法可以參照用于濕法煙氣淨化工(gōng)藝的煙囪防護做法。本文主要讨論鋼制煙囪(排氣筒)及鋼筋混凝土組合式煙囪中(zhōng)的鋼制排氣筒,對經過半幹法或幹法工(gōng)藝處理過的煙氣的防護問題進行探讨。通常,對于采用半幹法或幹法煙氣淨化工(gōng)藝,在正常生(shēng)産狀态下(xià)産生(shēng)的煙氣,排氣筒鋼管采用普通碳素鋼,排氣筒内壁不采取任何防護措施,排氣筒壁外(wài)裹隔熱保溫層。隔熱保溫材料多爲礦棉或玻璃纖維,厚度根據熱工(gōng)計算确定,應能使排氣筒内煙氣溫度在設計允許的範圍内,排氣筒隔熱保溫層外(wài)的溫度不高于45℃。采用半幹法或幹法煙氣淨化工(gōng)藝,在非正常生(shēng)産狀态下(xià)(如試運行、啓動、停爐等時期)煙氣的成分(fēn)、溫度、流速等諸參數可能達不到設計指标,盡管這種狀态不會持續很長時間,但由此導緻的煙氣對排氣筒的腐蝕的可能性是存在的。因此,還需要采取一(yī)些輔助防護措施。輔助防護措施的第一(yī)種方法:依據煙氣對排氣筒的腐蝕作用的大(dà)小(xiǎo),在結構計算所需排氣筒鋼管壁厚的基礎上,增加一(yī)定厚度,即“腐蝕厚度裕度”,使煙囪在結構設計使用年限内,扣除因煙氣腐蝕而損失的鋼管壁厚度後,所剩下(xià)的鋼管壁厚度,依然能使鋼管具有足夠的強度、剛度、穩定性,能滿足結構安全使用的需要。目前,國内外(wài)尚沒有充分(fēn)的煙氣對排氣筒鋼管壁的腐蝕數據,通常對于結構設計使用年限爲50年的排氣筒,考慮煙氣腐蝕而增加的最小(xiǎo)腐蝕厚度裕度取爲2-3mm,有隔熱層時取爲2mm,無隔熱層時取爲3mm。對于“非正常生(shēng)産狀态”經常發生(shēng),例如某些垃圾焚燒爐每隔2~3年停爐檢修一(yī)次的情況,應适當增加“腐蝕厚度裕度”到3~4mm,有隔熱層時取爲3mm,無隔熱層時取爲4mm;鋼材爲普通碳素鋼的“腐蝕厚度裕度”偏上限取值,鋼材采用可焊接低合金耐候鋼的,“腐蝕厚度裕度”可偏下(xià)限取值。

　　輔助防護措施的第二種方法:在排氣筒鋼管内壁,塗能耐160℃高溫的耐酸性防護塗料,做法可參照用于濕法淨化工(gōng)藝的排氣筒防護做法。綜合考慮兩種方法的費(fèi)用,以及第二種方法

　　中(zhōng)塗料老化、日常維護困難的原因,作者建議采用第一(yī)種方法爲宜。除以上兩種方法外(wài),煙氣管道還可以用不鏽鋼制作,但費(fèi)用較高,考慮到我(wǒ)國國情,筆者不建議采用這種方法。另外(wài),排氣筒筒首部分(fēn),是最易腐蝕的部位,設計時應采取專門的防護措施,一(yī)般宜采用不鏽鋼制造,高度爲1•5倍左右的排氣筒出口直徑。

　　4關于《煙囪設計規範》GB50051-2002的一(yī)點建議《煙囪設計規範》(GB50051-2002)第10•1•1條規定,“煙囪内的煙氣溫度低于150℃,且燃煤的含硫量大(dà)于0•75%時,煙囪的防腐蝕設計應符合本章的有關規定。”;第10•1•2條規定,根據燃煤含硫量的不同,将煙氣劃分(fēn)爲不同的腐蝕等級。筆者認爲這樣欠妥,理由如下(xià):

　　1•無論燃煤含硫量多少,其排放(fàng)出的煙氣都應該符合國家的煙氣排放(fàng)标準,對于不符合标準

　　的,應該采取諸如增加脫硫設施等淨化措施,以使其達标排放(fàng)。不能說:因爲購進的燃煤含硫量高,就有充分(fēn)的理由超标排放(fàng)。

　　2•煙氣腐蝕作用的大(dà)小(xiǎo),與煙氣中(zhōng)腐蝕性成

　　份的含量、煙氣含水量、煙氣的流速、外(wài)界環境、結露情況等因素有關;再者,含硫量相同的燃煤,燃燒後的煙氣,經過不同的煙氣淨化工(gōng)藝處理後,煙氣的成份也存在差異,因此,不能簡單地以燃煤的含硫量作爲判定腐蝕等級的唯一(yī)依據。

　　3•實際工(gōng)程中(zhōng),除了以燃煤作燃料的鍋爐外(wài),還有以燃油(重油、渣油、柴油、煤油等)、燃氣、

　　垃圾等作爲燃料的。對于不是以燃煤作燃料的鍋爐,其産生(shēng)的煙氣的腐蝕等級,缺少判斷的依據。作爲國家規範,應照顧全面。筆者建議:不要以燃料的成分(fēn)作爲判斷煙氣腐蝕等級的依據,而應以煙氣自身的成份作爲判斷的依據,并且要綜合考慮煙氣的流速、含水量、外(wài)界環境、結露情況等相關因素。目前,先進的煙氣在線檢測技術已經得到廣泛應用,可以較爲方便地得到諸如煙氣成分(fēn)、流速等檢測數據,使綜合判定腐蝕等級的方法的制定和實施,具備了數據條件。