1 吸收塔和烟囱合一的技术特点和结构特点
电厂一期脱硫由于受场地条件限制，FGD净烟气将由设置在吸收塔顶部的烟囱进行排放，现就吸收塔顶部设置烟囱的相关问题说明如下：
1.1湿烟囱的高度选择
脱硫后热烟气（约45℃）从烟囱出口喷出大体经过4个阶段：烟流的喷出阶段、浮升阶段、瓦解阶段和变平阶段。产生烟流抬升的原因有两个，一个是烟囱出口处的烟流具有一定的动量，另是由于烟流温度高于周围空气温度而产生的净浮力。影响这两种作用的因素有很多，归结起来可分为排放因素和气象因素。排放因素有：烟囱出口的烟气流速、烟气温度和烟囱内径。气象因素有平均风速、环境温度、风速垂直切变、湍流强度和大气稳定度。大多数烟气抬升高度的公式都是经验性的。
根据招标文件的要求，烟囱几何高度为120m，烟囱出口流速约19m/s，依照《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003），初步计算和描述了烟气的抬升高度以及污染物的更大落地浓度的相关计算方法。
烟气的热释放率QH=CPV0ΔT=29718KJ/S
烟气抬升高度ΔH=2×(1.5Vsd+0.010QH)/Us=118m
烟囱属于高架源，由于高架源的污染源在空中，我们时常关心的是污染物的到达地面的浓度，而不是空中任一点的浓度。依照点源扩散的高斯模式，我们可以计算出地面任意一点的污染物落地的一次浓度。
通过招标文件提供的参数，我们计算得出烟囱的抬升高度为118米，与120相差无几，此时将产生地面更大浓度，若污染物的地面浓度满足当地环保部门的要求，此时的烟囱高度将是合理的。
1.2 吸收塔和烟囱合一的结构计算和选型
1.2.1 钢烟囱结构选型
钢烟囱包括塔架式、自立式和拉索式三种形式。高大的钢烟囱可采用塔架式，低矮的钢烟囱可采用自立式，细高的钢烟囱可采用拉索式。
塔架式钢烟囱的钢塔架可根据排烟筒的数量，水平截面设计成三角形和方形。塔架底部宽度与高度之比，不宜小于1/8。
自立式钢烟囱的直径d和高度h之间的关系宜满足h≤20d。当不满足此条件时，烟囱下部直径宜扩大或采用其他结构型式。
当烟囱高度与直径之比大于20（h/d＞20）时，可采用拉索式钢烟囱。当烟囱高度与直径之比小于35时，可设1层拉索。拉索一般为3根，平面夹角为120°，拉索与烟囱轴向夹角不小于25°。拉索系结位置距烟囱顶部小于h/3处。
从经济的角度考虑，优先采用自立式或拉索式钢烟囱。对于本工程，由于场地的限制，拉索的布置较为困难，故考虑采用自立式钢烟囱。
本工程钢烟囱立于吸收塔顶部，吸收塔直径17米，顶标高41.6米，其中标高33.4米至41.6米为变径段（锥段）；烟囱直径7.6米，顶标高120米（见附图）。对于本工程h/d=120/7.6=15.8<20，可采用自立式钢烟囱。
1.2.2 钢烟囱结构初步计算
在确定采用自立式钢烟囱的结构形式后，我们对本工程的钢烟囱进行了初步核算。对本工程的钢烟囱（含吸收塔部分）进行有限元建模分析，烟囱段壁厚6～14mm，吸收塔段壁厚16～20mm，烟道入口开孔水平宽度控制在与吸收塔中心夹角90度，开孔上下两侧各设两道环肋，左右两侧各设两道纵肋，锥段上下各设一环肋，其余环肋按常规设置。锥段部分我们按不设纵向加劲肋、每隔10度设纵向加劲肋两种方案分别进行了计算。
1.2.3 吸收塔和烟囱合一结构设计中应注意的几个问题
A、烟道入口开孔对吸收塔部分的应力分布的影响；
从烟囱应力（值）分布图中，可以明显看出烟道入口开孔对塔体的应力重分布的作用，吸收塔位于烟道入口开孔上下两侧的壁板上应力很小，该处壁板对结构传力的作用很小，基本上可以忽略不计，该部分的荷载基本上由两侧壁板承担，故开孔宽度越大，对结构越不利，故我们将开孔水平宽度控制在与吸收塔中心夹角90度的范围内，并且在开孔上下两侧各设两道较大的环肋，左右两侧各设两道较大的纵肋（HN600），以形成封闭的框架，限制开孔处壁板的变形。
B、隔热层的设置应符合以下规定：
a 烟气温度低于150℃，烟气有可能对烟囱产生腐蚀时，应设置隔热层。
b 隔热层厚度由温度计算决定，但最小厚度不宜小于50mm。对于全辐射炉型的烟囱，隔热层厚度不宜小于75mm。
c 隔热层应与烟囱筒壁牢固连接，当用块状材料或不定型现场浇注材料时，可采用锚固钉或金属网固定。烟囱顶部可设置钢板圈保护隔热层边缘。钢板圈厚度不小于6mm。
d 为支承隔热层重量，可在钢烟囱内表面，沿烟囱高度方向，每隔1m至1.5m设置一个角钢加固圈。
当烟气温度高于560℃时，隔热层的锚固件可采用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）制造。烟气温度低于560℃时，可采用一般碳素钢制造。
e 对于无隔热层的烟囱，在其底部2m高度范围内，应对烟囱采取外隔热措施或者设置防护栏，防止烫伤事故。
C、破风圈的设置应符合下列规定：
a 设置条件：
当烟囱的临界风速小于6～7m/s 时，应设置破风圈。
当烟囱的临界风速为7～13.4m/s，且小于设计风速时，而用改变烟囱高度、直径和增加厚度等措施不经济时，也可设置破风圈。
b 设置破风圈范围的烟囱体型系数应按表面粗糙情况选取。
c 设置位置：需设置破风圈时，应在距烟囱上端不小于烟囱高度1/3 的范围内设置。
d 破风圈型式与尺寸：
a）交错排列直立板型：直立板厚度不小于6mm，长度不大于1.5m，宽度为烟囱外径的1/10：每圈立板数量为4块，沿烟囱圆周均布，相邻圈立板相互错开45°。
b）螺旋板型：螺旋板厚度不小于6mm，板宽为烟囱外径的1/10。螺旋板为3道，沿圆周均布，螺旋节距可为烟囱外直径的5倍。
1.3 湿烟囱设计相关的其他问题
针对招标文件中业主所列出的有关吸收塔顶部湿烟囱的相关问题如除雾器反冲洗、烟羽下洗等问题，我公司简要阐述如下：
1.3.1 关于除雾器的反冲洗问题
烟气逆流经过循环浆液喷淋区以及除雾器冲洗区将不可避免的夹带小的液滴，随着烟气排放高度的升高，烟气的温度将逐渐降低，此时的饱和湿烟气将析出一部分水分，这些水将沿着烟囱壁返回吸收塔。由于我公司在设计塔直径时考虑较小的烟气流速（v＝3.7m/s），同时采用屋脊式的高效除雾器以保证烟气尽可能的少携带出液滴；同时由于烟囱的高度不是很高，约80m，考虑到烟气在烟囱内的流速影响，来自烟囱冷凝返回的浆液（约6.3m3/h）对除雾器所造成的动量远小于除雾器冲洗喷嘴出口的水动量（除雾器冲洗水在喷嘴处的压力为2bar），因此冷凝水量对除雾器所造成的反冲洗影响是可以忽略不计的。
1.3.2 关于烟羽下洗问题
当烟羽的垂直动量大于环境风的水平动量的2倍时，不会发生烟羽下洗。因此烟囱的出口烟速的选择至关重要。根据美国对湿烟囱的调查，如果出口烟速高于10m/s，则很少有烟羽下洗的情况。但如果选择过高的出口烟速将带来两个问题：一是阻力增加，二是会带出凝结水，形成烟囱雨，影响周围的环境。湿烟囱的设计要避免出现烟囱雨。烟囱雨还和烟囱内壁的防腐材料的表面粗糙度、表面附着力有关。从烟囱雨的角度，烟速不宜超过20m/s。本工程选择的烟囱出口流速为19m/s，因此不会产生烟羽下洗以及烟囱雨的情况。同时，在烟囱外壁涂上环氧树脂，即使有少量烟羽或烟囱雨滴落在烟囱外表面，也不会对烟囱外表面造成腐蚀。当只有一台机组运行且负荷较低时，为避免烟囱出口流速过低，可适当提高锅炉的排烟温度，以满足湿烟囱的出口流速要求。
在烟囱出口的设计上，还要充分考虑烟囱出口处凝结水的回收问题。由于烟囱出口处环境温度较低，此处的凝结水量将比较多，我们将在烟囱出口采用以下结构形式：
通过设置烟囱顶部的疏水装置，就能将烟囱出口附近处的冷凝水收集返回吸收塔。同时为避免烟气温度降低，如果烟囱内表面采用橡胶防腐，则烟囱外壁将敷设保温层，保温厚度不低于50mm；如果烟囱内壁采用宾高德泡沫玻璃砖防腐，则由于其良好的保温性能，外表面不需要保温，此时仅在烟囱外壁涂上环氧树脂即可。
1.3.3 浆液循环管道的设置对吸收塔结构的影响
首先，浆液循环泵进出口设置非金属膨胀节，泵体的振动不会通过浆液管道传到吸收塔上。另外，浆液循环泵出口靠近吸收塔的管道与吸收塔之间设置非金属膨胀节，启动时浆液的冲击荷载也不会传到吸收塔上。在吸收塔壁的环向加固肋上仅为每根垂直段的管道设置1～2个限位支架，有少量的水平荷载由吸收塔承担，在烟塔合一的整体结构计算中已充分考虑了该部分荷载。故运行中泵的振动和启动时浆液的冲击都不会对吸收塔造成影响。
1.4 不设GGH的湿法脱硫烟囱内筒防腐设计方案
1.4.1 脱硫烟气的特点和腐蚀性
通常进行湿法脱硫处理且不设烟气加热系统GGH的烟气，水份含量高，湿度大，温度低，易于出现结露现象。脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，是一种腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高，约30%左右。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反地，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）可能使腐蚀状况进一步加剧了。
由于国内脱硫烟囱运行的历史不长，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多，并且国内烟囱设计标准中对烟气脱硫后烟囱防腐设计尚无明确说明，因此，对于湿法脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析，我们主要是借鉴国外的资料和做法。
国际工业烟囱协会（International Committee On Industrial Chimneys 缩写 CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）有这样的说明：
（1）烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将很大提高腐蚀程度。
（2）处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。
（3）确定含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）是按SO3的含量值为依据。
（4）烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为60℃，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。
按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已除去了大部分的氧化硫，但在脱硫后，烟气湿度通常较大，温度很低，且烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加。因而，处于脱硫系统下游的烟囱，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气来考虑烟囱结构的安全性设计。
1.4.2 脱硫烟气的腐蚀性对烟囱设计方案的影响
1.4.2.1国内烟囱设计标准关于腐蚀性烟气对烟囱设计方案的说明
按照标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。
电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.1.2条还要求：600MW机组宜采用一台炉配一座烟囱（一根排烟管）方案。
1.4.2.2国外烟囱设计资料说明
从目前了解的国外烟囱资料看，火电厂烟囱基本上都是套筒式或多管式烟囱，且以钢内筒多管式烟囱为主，单筒式烟囱很少看到。我们认为这可能是套筒式或多管式烟囱具有检修和维护空间，一旦需要，可立即对排烟内筒实施维护和补强；而单筒式烟囱（包括改进型单筒式烟囱）一旦建成投运，便很难再对它进行内部的检修和维护。
对套筒式或多管式烟囱，排烟内筒的结构材料选择一般有两种：钢内筒型结构和砖砌内筒型结构；从材料的抗渗密闭性来看，钢内筒优于砖砌内筒，但经济性差些（限于国内条件）。对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH装置）的情况下，国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（与烟气接触侧）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。对于砖砌内筒结构（加设 GGH装置），从美国萨金伦迪（SARGENT & LUNDY）公司设计资料和英国公司为广东沙角C厂设计的240米高烟囱图纸看，都对砖和胶泥提出了很高要求，即特殊的耐酸缸砖用硅酸钾耐酸胶泥砌筑，一般分两层错缝布置，并设封闭层。砖的抗渗性能要求高，主要目的是防止烟气渗透形成冷凝腐蚀和对排烟筒外包裹的保温隔热材料性能带来不利影响。
1.4.2.3烟气温（湿）度和运行压力与腐蚀性的说明
烟气温（湿）度与腐蚀性
脱硫后的烟气温度一般在40℃～50℃之间，且湿度很大并处于饱和状态。根据前述的烟气特点，它是低于烟气结露的温度，烟气易于冷凝结露并在潮湿环境下产生腐蚀性的水液液体。一般的烟气湿法脱硫处理中是采用加设烟气加热系统（GGH）来提高脱硫处理后排放的烟气温度（约80℃及以上），以减缓烟气冷凝结露产生的腐蚀性水液液体。从理论上讲，采用烟气加热系统（GGH）能有利于减缓烟气的腐蚀（即提高烟气温度，减少结露），但烟气湿度、水分这些诱发腐蚀的因素依然存在，况且GGH的运行能否满足运行温度值的要求，尤其是在发电机组低负荷运行、机组开启和关停期间及其它不利工况时能否满足运行温度值的要求值得关注和重视。烟气温度低、湿度大，烟囱内的烟气上抽力就降低，它影响着烟气的流速和烟气抬升高度及烟气扩散效果，这对排放的烟气满足环保要求（特别是氮氧化物NOX指标）带来不利的因素。
烟气运行压力与腐蚀性
烟气运行压力与烟气的温（湿）度和烟囱结构型式密切相关。烟气温度低，其上抽力就小，流速就低，容易产生烟气聚集并对排烟筒内壁产生压力。锥形烟囱结构型式（如单筒式烟囱）中的烟气基本上是处于正压运行状况，而等直径圆柱状烟囱（如双管和多管式烟囱中的排烟筒）是负压运行状况。烟气正压运行时，易对排烟筒壁产生渗透压力，加快腐蚀进程；负压运行时，烟气渗透和腐蚀速度将大为减缓。
1.4.2.3烟囱结构材料选用与腐蚀性的说明
从对烟气的抗渗防腐考虑，烟囱内筒应选用闭性好，整体性强，自重轻和无连接接头的钢内筒。砖砌内筒由于其分段支承处的接缝及形成砌体后的砖缝抗渗密闭性和整体性较差的缘故，都不可避免地存在渗透和腐蚀的问题，存在检修和维护、甚至内筒更换的问题，而这不但导致发电机组的停运，而且内筒更换的施工也相当繁琐和复杂。
对于内筒密闭性的要求，我们只要将内筒视作一根流淌结露的腐蚀性水液管道就不难理解了。目前条件下，钢内筒是一种合适的选择，钢内筒的内壁都须进行防腐处理；有烟气加热系统GGH时，内壁可设耐酸砂浆防护层，无烟气加热系统GGH时，按照国外的作法其内壁考虑耐腐蚀金属面层或玻璃砖贴面层，也就是我们常说的钛钢复合板和泡沫玻璃砖。
关于经济性，通过几个工程的比较和实践，取消GGH后采用钛钢复合板或泡沫玻璃砖的烟囱投资均较取消前的烟囱和GGH投资的总和要少几百万～几千万。
1.4.3 本工程烟囱内壁防腐方案
方案一：采用内衬泡沫玻璃砖，烟囱外壁不需保温，仅喷涂环氧树脂。有关泡沫玻璃砖的技术方案见本专题1.6宾高德玻璃砖内衬系统简介（由美国Henkel公司提供）。
山西霍州第二发电厂一期工程2×300MW机组、利港4×600MW机组、湛江奥里油电厂2×600MW机组、珠海电厂2×600MW机组等均在钢内筒内侧面加设了一层美国宾高得泡沫玻璃砖防腐层（51毫米厚）。
甘肃张掖电厂一期工程2×300MW机组、靖远电厂三期工程2×300MW机组，配套烟囱φ6.2× 210m套筒式单筒烟囱，钢筋混凝土外筒，钢制内筒，采用上海川达环保材料有限公司的泡沫玻璃砖。
方案二：采用内衬丁基橡胶，其施工工艺与吸收塔衬胶工艺基本一致。烟囱外壁喷涂环氧树脂，同时设置保温岩棉和铝合金外护板。匈牙利Oroszlany Plant Portrait:, Hungary，采用了碳钢衬橡胶。见附图：WTL25B-G026-01，
