烟道在脱硫系统中的设计施工要点

烟道在脱硫系统中的设计施工要点

余召霞

（江苏德义通环保科技有限公司 江苏 南京 210031）

摘要：基于燃气锅炉烟气脱硝、脱硫及除尘改造中烟道应用，就具体工程实例分析烟道在项目设计及施工中的技术要点及注意事项。

关键词：烟气脱硫；加固肋；膨胀节；支吊架；检修

1引言

我国是能源大国，随着煤炭和石油资源耗量的逐年提高^[1]，中国在调整能源结构、降低煤炭消费占比的同时，如何发挥优势资源走一条“绿色煤电”之路一直备受关注。当下，我国大气污染防治压力空前，燃煤电厂对大气污染的贡献之大决定了燃煤电厂的环保改造对大气污染防治有着举足轻重的作用。全国各大电厂加大力度、加紧进度进行脱硫脱硝除尘等环保改造。烟气脱硫(Flue Gas Desulphurization, FGD)装置是实现大型燃煤火力发电机组二氧化硫排污达标的唯一有效途径。
本文就某公司1×50t/h+5×20t/h共六台燃气锅炉新建烟气脱硝、脱硫及除尘改造EPC总承包工程项目中烟道的设计及施工要点加以简单介绍说明。

2工程概况及设计施工范围

本项目采用以荒煤气、解析气的混合气作为燃料气的正压室燃锅炉。脱硝单元采用“选择性催化还原法”；脱硫单元采用“湿式氨法脱硫工艺技术”。脱硝单元为一炉对应一套脱硝系统，脱硫单元为6炉2塔工艺，脱硫与脱硝单元共用一套氨水或液氨系统。本次烟道设计施工范围为：增压风机前原烟道、增压风机出口至脱硫塔入口段烟道、脱硫塔出口至烟囱段汇总烟道。

增压风机前原烟道直线长度跨距约115米，由5台脱硝来烟气汇总至风机入口，以布置上第1台脱硝来烟气膨胀节直焊端口为起始界，至风机入口端法兰为止。脱硝部分是在旧有厂房及布置不做改动的前提下，采用最佳设计工艺以达到降低投资和运行成本。此段原烟道的截面尺寸及高度、走向等会因脱硝来烟气汇入及旧厂区布置等因素发生变化。

增压风机出口至脱硫塔入口段烟道需根据风机定位及尺寸、脱硫塔布置及场地实际土建条件等因素，合理设计施工。脱硫塔出口至烟囱段汇总烟道亦需要考虑汇总烟囱、烟囱支撑塔架、挡板门支撑等各因素进行合理规划。

3烟道设计及施工要点
3.1烟道结构尺寸

烟道根据可能发生的极限（温度400℃，进口烟气氮氧化物按1000mg/Nm³，二氧化硫2000mg/Nm³）运行条件进行设计。烟道强度及刚度需考虑烟道自重、风荷载、地震荷载、灰尘积累、内衬和保温的重量等载荷以及烟道之间的支撑方式、支撑间距等。通常情况，烟道内烟气流速宜控制在15m/s,这是确定烟道截面积尺寸的重要决定因素。此外，根据不同截面尺寸、载荷及支撑跨距合理选择支撑杆^[2]或加强型钢规格。
本项目矩形烟道外设保温，经过计算，烟道壁厚选用6mm碳钢，四个角采用L63x6贴边角钢（内贴角钢，如图一），烟道外侧设置横向加固肋（10#槽钢,如图二），槽钢间距1000mm，可满足烟道强度及刚度的要求。当加固肋与其他管道或部件干涉时，可适当调整间距避让。在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处以及根据烟气流动模型研究结果要求的地方，将设置导流板。

图一 图二

3.2烟道膨胀节设置

为了使与烟道连接的设备受力在允许范围内，特别要注意考虑烟道系统的热膨胀，热膨胀将通过膨胀节进行补偿。烟道轴向膨胀量根据∆L=∂*L*∆t公式计算而得，但烟道走向在不断变化，再加上制造精度影响，在选择膨胀节时，除了考虑轴向膨胀量，侧向膨胀量及膨胀节的安装方式（水平/垂直）等都需要综合考虑。本项目中烟道在轴向距离20~30米范围内，综合考虑脱硝来烟气入口位置、烟道截面尺寸、走向、基础支撑等因素，确定膨胀节位置。选用非金属膨胀节需满足烟道内介质温度、压力，确定膨胀节的轴向、侧向补偿量，安装方式等并保证其密封性能。此外，还应考虑在烟道低点处设置自动放水设施，烟道低点疏水和烟囱冷凝水应通过管道或地坑返回脱硫工程重复使用。

3.3烟道支吊架结构设计

脱硫烟道大部分属于超大超重部件，布置走向分布跨越大部分厂区，支吊架对合理分配烟道载荷、承担机组启停或升降负荷过程中热膨胀或收缩产生的载荷以及运行过程中烟道内外压差产生的内压推力起重要作用，是保证烟道系统安全稳定运行的重要因素^[3]。

本项目中烟道支吊架间距设置在3~8米之间，支吊架设置点位以保证烟道载荷分布均匀为前提，避开易磨损及经常检修部件。在膨胀节所能吸收的补偿量范围内的烟道两端应设置固定支架，中间范围内支吊架宜为滑动、导向或限位支架。对于烟道，滑动支架一般生根在土建预埋件或钢梁上，可在生根埋铁与连接件之间设置聚四氟乙烯板，以减小摩擦阻力，降低支架水平结构荷载；也可直接将连接件生根在埋铁上，不焊接。而固定支架则将支架直接与条件预埋件焊接牢固。

当烟道走向发生改变时，应在靠近转弯直段烟道处设置支吊架。当烟道因空间限制需在高度上(烟道标高)改变时，应当考虑烟道高差是否满足烟道转弯情形（高差、跨距及烟道截面尺寸等）。烟道高度改变过渡段角度应尽量平缓，减小烟气流场的改变。过渡段烟道截面尺寸过大、长度较长时，宜在下弯头处设置支架。另外，在烟道附件（风门、补偿器、暖风器、消音器、挡板门等如有）两端宜设置滑动或固定支架。

3.4烟道其他注意要点

为了方便后期检修，烟道各部分需开设人孔门并设置检修平台。

4现场实际问题与解决

本项目按以上原则设计烟道及支吊架，施工完成后，整个系统试运行时，发现增压风机出口至脱硫塔入口段烟道抖动十分严重，严重处烟道焊缝被完全撕裂。后现场拆除保温发现，由于施工精度达不到要求，烟道支吊架不在同一平面，各支撑受力不均所致。现场经过整改，调整各支吊架制造偏差，使各支撑处于可接受误差范围，支撑能有效承担烟道各载荷，抖动状况明显改善。

5总结

烟气脱硫工程中烟道的结构并不复杂，难点是需要综合考虑项目实际情况中遇到的整个厂区场地布置、规划，因地制宜，合理布置膨胀节、支吊架、挡板门及检修人孔位置，优化烟道尺寸及支吊架结构形式。对于大型结构部件，宜尽量在现场配置品组合场地进行预组装，避免后期制造精度及安装精度影响整个项目运行。

参考文献：
[1]张亚荣.关于锅炉烟气除尘脱硫工程工艺设计[J].山东工业技术，2014，18.
[2]孙克勤，沈涛.烟气脱硫装置烟道的精准优化设计[J].水利电力机械，2005，27（1）.
[3]韩亮，崔浩，王澎，陈琪.火力发电厂烟风道支吊架设计分析[J].电力设备，2018，16.

作者简介：余召霞（1987—），女，硕士，工程师，主要从事烟气脱硫工程及SO₂资源化工程的设计、研发及施工等工作。