烟囱压力计算

火电厂加装湿法烟气脱硫装置后，会使烟气温度降低，造成烟囱运行条件偏离设计工况，可能对烟囱产生不良影响。对此，以某发电厂125 Mw 机组湿法烟气脱硫装置为例，分析脱硫后烟温变化可能对烟囱安全性和运行造成的影响。

1 烟囱内温度分布的计算

某发电厂2 台125 MW 机组共用1 座烟囱，烟囱高度为180m ，脱硫前满负荷时烟囱入口烟气量为1 230000m3/h（标准状态），温度150℃，脱硫后满负荷时烟囱进口烟气量为1 306209m3/h （标准状态），温度80℃。

对脱硫装置安装前后满负荷、80％负荷、65％负荷和50％负荷共8个工况进行分析。

根据能量守恒原理，可计算出烟囱沿高度方向的一维温度分布。由于沿高度方向烟囱直径是变化的，且烟囱较高，所以采用分段计算，并考虑了沿高度位能的变化。将烟囱分为13段，在计算段内，根据能量守恒可得：

由上式得到脱硫装置安装前后各个工况的温度分布结果见图1 、图2 。

由图1 和图2 可知，脱硫装置安装前后烟囱内进出口烟温降低都不大，但由于脱硫装置安装后烟囱进口烟气温度低，使烟气和烟囱外环境的温差减小，因而烟囱进出口的烟温较未脱硫时小。由于烟气脱硫装置安装后烟囱内烟温低于80℃，平均比未脱硫时低70℃，因此对于烟气脱硫装置安装后的烟囱必须考虑烟温变化带来的影响。

2 烟气脱硫装置安装前后烟囱内烟气温度分布变化对烟囱的影响

烟囱内烟气温度的变化可能对烟囱带来的影响主要有：(l）由于烟气温度的降低出现酸结露现象，造成烟囱内部腐蚀；(2）由于烟气温度的变化使烟囱的热应力发生改变；(3）由于烟温降低影响烟气抬升高度，

（烟气排出烟囱口之后，由于排出速度和热浮力的作用，上升一段高度后再慢慢扩散，这段高度称为抬升高度。烟气自烟囱排出，即与周围大气发生强烈的能量和热量交换，交换到一定程度，烟气的速度、温度和周围大气十分接近，此时烟气就随着大气运动而浮沉和扩散，烟气浓度逐渐降低，最后和大气融为一体完成整个扩散过程。）从而影响烟气的排放；(4）由于烟温的降低，造成正压区范围扩大。

2.1 烟囱的腐蚀情况

烟气脱硫装置安装后可能使烟气温度低于酸露点，造成对烟囱内衬材料以及钢筋混凝土筒壁的腐蚀，致使其强度下降。

根据发电厂提供的烟气成分测试数据（表l)计算出烟气脱硫装置安装前后酸露点的温度，见表2

由表2可见，烟气脱硫装置安装前酸露点温度范围为105.0 一111.6℃，烟气脱硫装置安装后由于烟气中的SO2和SO3等酸性气体大量减少，酸露点温度明显下降。通过传热计算得出烟气脱硫装置安装前后烟囱内壁温度的变化范围，烟气脱硫前为131.4—133.6℃，脱硫后为71.1—72.3℃

可见，烟气脱硫装置安装前烟囱的内壁面温度范围为131.4 一133.6℃，明显高于安装前的烟气酸露点105.0一111.6℃，故烟气不会在烟囱内壁面结酸露，且在负压区不会出现酸腐蚀问题。烟气脱硫装置安装后，由于烟气温度的降低，烟囱内壁面温度明显降低，温度仅为71.7℃一72.3℃，恰恰处于烟气脱硫装置安装后的酸露点温度70.5一90℃，因此在烟囱内壁面会出现结酸露的现象。但是，因为烟气脱硫装置安装后烟气中硫含量降低，烟气的腐蚀性会明显减弱。

为了分析烟气脱硫装置安装后烟气对烟囱的腐蚀程度，引入腐蚀性指数的概念。

烟气腐蚀性指数是烟囱设计中的重要指标，腐蚀性指数越大，说明对物体的腐蚀越强。表4 给出了现行技术规定中烟气对烟囱腐蚀性强弱的分类表。

根据现行DL5022一93 《火力发电厂土建结构设计技术规定》中烟气腐蚀性指数Kc的计算公式：

式中S t.ar －一燃煤中硫的含量%

Aar －一燃煤中灰分含量%

∑R x O－一燃煤灰分中4种碱性氧化物（K2O,Na2O,CaO,MgO）的总含量％。

根据电厂提供的煤和灰成分的分析数据，计算出烟气脱硫装置安装前后烟气的腐蚀性指数，见表5

由表5可见，烟气脱硫装置安装前烟气的腐蚀性指数Kc＝1.23 ，对照表4，此时烟气为弱腐蚀性，若处于烟囱正压区且无防腐措施，就会对烟囱产生腐蚀。在烟气脱硫装置安装后烟气的腐蚀性指数Kc=0.0 62一0.123 ，对照表4，此时烟气的腐蚀性已低于表中的弱腐蚀性范围，长期运行会对烟囱产生一定影响，但影响程度不大。

2.2 烟囱的热应力情况

烟气脱硫装置安装前后烟囱的内外温差会发生变化，温差由127.4℃降低至58.7℃（平均值）,温差造成的热应力减小,对烟囱的安全性有利。

2.3 对烟气抬升高度的影响

对烟气抬升高度而言，烟气温度为重要的影响参数。烟气抬升高度可按下式计算：由此式计算出脱硫装置安装前后的烟气抬升高度，见表6

由表6 可见，烟气脱硫装置安装后各工况烟气的抬升高度比安装前约低100m 左右。地面最大浓度与污染物排放量成正比，与有效源高（烟囱几何高度加烟气抬升高度）的平方成反比。虽然烟气脱硫装置安装后烟气的抬升高度降低，但由于烟气脱硫使烟气中的污染物已大幅度减少，因烟气温度降低而引起烟气抬升高度的降低不会造成环境问题。

2.4 烟气脱硫对烟囱内压力分布的影响

一般希望烟囱全程负压运作，这样烟气很难渗入到烟囱间隙并到达外筒身的表面。若烟囱内出现正压区，则烟气会通过内壁裂缝渗入到钢筋混凝土筒身内表面。由于该处温度比烟气温度低得多，因此烟气冷却到低于露点温度时就会在该处或者烟囱筒壁析出硫酸，导致承重结构腐蚀加速，从而降低了烟囱寿命。所以烟囱内出现正压区对烟囱的安全不利。

烟气脱硫装置安装使烟囱的进口烟温由150℃降至80℃，导致烟气密度增大，烟囱的自抽吸能力降低，这样会使烟囱内压力分布改变，正压区扩大。因此，有必要对烟囱内的压力分布进行计算，研究烟囱内正压区分布，以便采取相应措施。

烟囱内部静压分布可由下式计算

由图3和图4可知，烟气脱硫装置安装前只在130 m 以上出现正压区，而安装后烟囱正压区扩大到50m 一18Om 的很大区间。虽然脱硫装置安装后烟气中的SO2的浓度大大降低，但