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冷却塔排烟技术的研究与实践 王宝福 北京国电华北电力工程有限公司 2009.04.21 南京 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 40 冷却塔风筒 43 淋水层 39 吸收塔喷淋层 41 收水器 44 烟道 45 防噪墙 42 配水层 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“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 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： ①排烟冷却塔防腐涂料的选型与测试 ②排烟冷却塔防腐的设计方案 ③排烟冷却塔防腐涂料的施工要求 ④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： (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2~3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70~75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： ①排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料与工艺试验研究； ②排烟冷却塔玻璃钢烟道的结构分析与计算； ③排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料规范； ④排烟冷却塔玻璃钢烟道制作工艺； ⑤排烟冷却塔玻璃钢烟道制作验收标准； ⑥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
冷却塔排烟技术的研究与实践 王宝福 北京国电华北电力工程有限公司 2009.04.21 南京 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 40 冷却塔风筒 43 淋水层 39 吸收塔喷淋层 41 收水器 44 烟道 45 防噪墙 42 配水层 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“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 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： ①排烟冷却塔防腐涂料的选型与测试 ②排烟冷却塔防腐的设计方案 ③排烟冷却塔防腐涂料的施工要求 ④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： (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2~3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70~75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： ①排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料与工艺试验研究； ②排烟冷却塔玻璃钢烟道的结构分析与计算； ③排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料规范； ④排烟冷却塔玻璃钢烟道制作工艺； ⑤排烟冷却塔玻璃钢烟道制作验收标准； ⑥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
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