一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的制作方法

本实用新型涉及烟囱技术领域，尤其涉及一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置。

背景技术：

我国300MW以上的火电机组超过90％采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫(WFGD)技术，早期WFGD系统都配备有烟气换热器(GGH)，使得脱硫后烟气温度达到约80℃以上排放。但是在实际运行中，GGH部件会出现严重的腐蚀、元件堵塞等问题，影响脱硫系统的安全稳定运行，所以后期大部分电厂脱硫系统都不上GGH，原有的GGH也开始逐步拆除。在不设GGH的湿法脱硫系统中，烟气温度约为50℃，其中水分接近饱和状态，形成“湿烟囱”排放。烟气在烟囱排除过程中容易凝结成液滴，同时，当大气中存在侧风时气流横向流过烟囱时，烟囱下风区域会出现局部涡流区并产生负压，使烟囱出口的烟羽偏转甚至发生“烟羽下洗”现象。烟囱筒体与饱和的湿烟气直接发生接触，其结构材料易受到烟气中酸性液滴的腐蚀。特别是在北方冬季环境温度较低时，酸性冷凝液会在下风向烟囱附近结冰，当风向转变或环境温度回升时，冰块融化，会对烟囱周围人员安全和设备正常运行造成重大隐患。当结冰现象严重时还会使烟囱侧面重量失衡，引起烟囱在高空的正常摇摆幅度失衡，影响烟囱寿命。

目前我国尚无专门针对烟囱的烟羽下洗问题进行防治的专利，仅有一些专利针对烟囱结冰现象进行治理，其烟囱防结冰装置多为电热装置，专利CN201010580644就是提供了一种烟囱口防结冰电热装置，利用电能加热烟囱周围区域，防止结冰。这种装置需要外接电缆通至烟囱，这虽然能够在一定程度上解决结冰问题，但是存在能耗高、施工维护费用高、检修难度高、运行成本高、寿命短等问题；专利CN201610153810提出了利用电厂的热水和热水管道在外筒壁上安装供热管网的方法来解决烟囱结冰问题，这种方法需在烟囱排布热水管道以均匀散发热量，该法相对于电热装置节约了能源，但是电厂烟囱高度一般在180米至270米，这需要大功率的高压水泵，能耗不容小觑，也必然存在施工维护困难和资源耗费的问题。

从根本上说，上述专利技术方案中的电热装置或供热管道只是将装置产生的热能转化成了烟气的内能，耗费大量的能源避免了烟气的冷凝和结冰，然而并不能解决烟羽下洗的问题。由于上述电热装置或供热管道都安装在烟囱，烟羽下洗导致烟囱外壁结构材料包括安装的电热装置或供热管道在内也会受到烟气中酸性液滴的腐蚀，随着时间的推移，也将影响烟囱和电热装置或供热管道的性能和寿命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置，其能够解决因烟羽下洗造成的烟囱结冰的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置，包括缩口和若干挡风板，所述缩口安装在烟囱的顶部并且与所述烟囱贯通，所述缩口的顶部内径小于所述缩口的底部内径，若干挡风板沿着所述缩口的长度方向布置在所述缩口的外壁的背风侧。

优选的，所述挡风板包括第一竖板和第二竖板，所述第一竖板和所述第二竖板相互垂直连接；所述第二竖板沿着所述缩口的长度方向布置在所述缩口的外壁上，且所述第一竖板与所述缩口的外壁平行，所述第一竖板和所述第二竖板的横截面构成“T”型结构。

优选的，所述缩口和所述挡风板的高度为1m-10m，所述挡风板距离所述缩口外壁的距离为100mm-300mm，相邻的所述挡风板的间距为2m-3m。

优选的，本装置还包括加固板，所述加固板设置在所述缩口的顶部并且沿着所述缩口的顶部向内弯折。

优选的，所述缩口和所述挡风板由玻璃纤维增强塑料或聚丙烯塑料板制成，且所述挡风板为一体成型结构。

优选的，所述缩口由模块组装而成，所述模块为一体成型结构，所述模块通过沿长度方向布置的立向安装边固定连接，且所述立向安装边之间通过橡胶垫片密封。

优选的，若干挡风板并列地固定在所述立向安装边上。

优选的，一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置还包括环向安装边，所述环向安装边设置在所述缩口外壁的底部且位于相邻的所述立向安装边之间，并且，所述环向安装边上设有加强筋。

优选的，所述缩口的底部设有一圈排水孔。

本实用新型不需要消耗能源，提供的缩口能提高烟气的出口速度；提供的挡风板能提高缩口外壁局部垂直风速，两者结合有效抬高烟羽高度，防止烟羽下洗现象发生，避免烟气与烟囱本体发生接触，消除烟囱结冰隐患。

采用模块化设计和制造的缩口以及挡风板，有效地降低了高空作业的难度，减少了额外的能源耗费和运行维护费用，同时，条件良好的情况下，本装置寿命可达20年，符合节能环保和循环经济发展的要求。

本实用新型适用于火力发电厂混凝土单筒、砖套筒、钢套筒、玻璃钢等各种烟囱，同样也适用于钢铁厂、造纸厂等小型工业锅炉烟囱。

本实用新型已成功应用于某电厂2×600MW燃煤机组，解决了烟囱烟羽下洗问题，运行良好，冬季运行时烟囱没有结冰现象，施工安装过程也极为方便和简单。

附图说明

图1是本实用新型的一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的安装示意图；

图2是图1的A-A截图；

图3是图1的B向图；

图4a是本实用新型的挡风板的立体结构图；

图4b是本实用新型的挡风板的横截面图；

图5是本实用新型的一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的安装示意图；

图6是本实用新型的一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的安装示意图；

图7是图6的A-A截图。

图中，1-缩口；2-挡风板；3-螺栓；4-膨胀螺栓；5-立向安装边；6-加强筋；7-环向安装边；8-烟囱内筒；9-烟囱混凝土压顶；10-烟囱外筒；11-排水孔；12-橡胶垫片；13-立向筋板；14-环向筋板；15-加强箍；16-隔热层；17-超细玻璃棉；18-砌筑内衬；19-雨罩板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型的设计过程进行如下说明，其包括以下步骤：

步骤1，搜集相关设计参数，包括但不限于：烟囱结构布置、烟气量、烟气温度、烟气密度、大气密度，多年气象数据、风速等，建立湿烟囱三维数学模型，通过CFD流体模拟预测烟羽下洗发生的可能性。

步骤2，在确定烟囱的顶部发生烟羽下洗现象后，通过CFD流体动力学仿真模拟确定烟羽下洗的精确的轨迹及影响范围；然后通过模拟确定缩口的尺寸以及挡风板的尺寸和安装位置，保证不会再发生烟羽下洗现象。

步骤3，根据缩口及挡风板的尺寸，进行模块化设计和制作。根据烟囱类型的不同，缩口和挡风板采用不同的材料制作：当烟囱为单筒混凝土烟囱、砖套筒或玻璃钢烟囱时，缩口和挡风板采用玻璃纤维增强塑料或聚丙烯塑料制作；当烟囱为钢内筒或钛钢复合板内筒时，缩口和挡风板采用与内筒材质一致的金属材料制作。

步骤4，进行现场安装，首先在原烟囱的顶部的表面找平，缩口和挡风板根据材质的不同选择不同的固定方式，玻璃纤维增强塑料或聚丙烯塑料板装置通过膨胀螺栓固定到烟囱的顶部表面上，各模块之间采用镍基合金螺栓或聚丙烯螺栓连接；金属装置通过焊接或膨胀螺栓固定到烟囱的底部表面上，各模块之间通过焊接或螺栓连接；

步骤5，施工完成后进行安装面的防腐处理。

实施例1

本实施例中烟囱类型为砖内筒烟囱，烟囱外筒为钢筋混凝土材质，烟囱内筒由耐酸砖组成。烟囱内筒高210m，出口直径7.5m，机组100％负荷下烟气处理量3624074m³/h，机组最低运行负荷为45％，烟囱内筒出口风速取8.7m/s，烟气密度为1.025kg/m³,空气密度为1.17kg/m³。

首先，根据以上参数，建立湿烟囱三维数学模型，通过CFD流体模拟预测出本烟囱的机组负荷75％以下，就会有烟羽下洗情况发生。

接着，通过CFD流体动力学仿真模拟确定最低运行负荷时烟羽下洗的轨迹及影响范围；进一步的，通过模拟确定本装置的结构设计，保证不会再发生烟羽下洗现象，设计包括缩口、挡风板以及配套装置，缩口和挡风板均为模块化组件。

如图1-4所示，一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置包括缩口1和若干挡风板2，缩口1安装在烟囱的顶部并且缩口1与烟囱贯通，缩口1的顶部内径小于缩口1的底部内径，若干挡风板2沿着缩口1的长度方向布置在缩口1的外壁的一侧。缩口1的顶部内径小于缩口1的底部内径说明缩口1内部的通孔自下而上是渐缩结构。缩口1与烟囱贯通，一般都认为缩口1的底部内径与烟囱的顶部内径相等。本实用新型通过在烟囱的顶部加装缩口1，并配备独有的挡风板2，让烟气通过缩口1排出，提高烟气出口流速，同时配备的挡风板2能提高缩口1外壁局部垂直风速，两者结合有效抬高烟羽高度，防止烟羽下洗现象发生，避免烟气与烟囱本体发生接触，消除烟囱结冰隐患。

挡风板2包括第一竖板和第二竖板，第一竖板和第二竖板相互垂直连接；第二竖板沿着缩口1的长度方向布置在缩口1的外壁上，且第一竖板与缩口1的外壁平行，第一竖板和第二竖板的横截面构成“T”型结构。第一竖板和第二竖板与缩口1外壁之间形成相对独立的空间区域，即“大气通道”，有助于提高缩口1外壁局部垂直风速，从而抬高烟羽高度，防止烟羽下洗现象发生。第一竖板和第二竖板采用平板结构的原因在于其设计、制造和安装比较简单和方便，但不限于此。

挡风板2的设置是根据烟羽下洗的范围来确定，烟羽下洗接触不到的地方不需设置挡风板2。通过收集电厂当地的多年气象资料，通过分析确定常年或冬季最大风频的下风向，即背风侧，获得烟囱烟羽的大致轨迹方向，然后通过CFD模拟确定烟羽下洗精确的轨迹及影响范围，进而确定挡风板2的布置位置。

缩口1和挡风板2的高度为1m-10m，挡风板2距离缩口1外壁的距离为100mm-300mm，相邻的挡风板2的间距为2m-3m。该设计参数与具体的烟囱和工况有关，如烟囱的直径、最大烟气量、最恶劣环境温度、风频、最恶劣风速等，不同的情况设置不同，上述参数范围是根据多种工况和不同烟囱类型的反复测试获得的。最终需要根据CFD流体动力学仿真模拟测试获得运用于具体项目的最经济适用的布置，如缩口1尺寸、挡风板2间距离、挡风板2的数量等。

本实施例还包括加固板，加固板设置在缩口1的顶部并且沿着缩口1的顶部向内弯折。该设计中，加固板一方面起到加固作用，另一方面还有进一步的提高烟气出口速度的作用(加固板向内弯折使得烟气出口截面变小，烟速增加)；一定程度上将烟气集中在烟囱出口中部排放，减少与烟囱接触的机会；如有冷凝液，可以有效地挡住随着烟气向上流的冷凝液，防止冷凝液冲出烟囱产生烟囱雨现象等。

缩口1和挡风板2由玻璃纤维增强塑料或聚丙烯塑料板制成，且挡风板2一体成型。

缩口1由模块组装而成，各个模块之间通过沿长度方向布置的立向安装边5固定连接，且立向安装边5之间通过橡胶垫片12密封。橡胶垫片12保证了模块化组装的缩口1的气密性，而缩口1采用模块化设计，一体成型结构，分片制作，方便高空施工。

若干挡风板2并列地固定在立向安装边5上。

本实施例包括立向安装边5、环向安装边7和加强筋6；立向安装边5均预先设置有安装孔，第二竖板上设有均布的螺栓孔，第二竖板与立向安装边5通过螺栓3固定连接；环向安装边7安装在缩口1外壁的底部且位于相邻的立向安装边5之间；环向安装边7上设有加强筋6，加强筋6用来加强环向安装边7的强度。

原烟囱包括烟囱内筒8、烟囱外筒10和烟囱混凝土压顶9。本装置中，环向安装边7与烟囱混凝土压顶9通过膨胀螺栓4固定连接。

本实用新型通过CFD模拟确定本装置的缩口1的底部直径与烟囱内筒8的直径相同，顶部出口直径为6.4米，缩口1和挡风板2的高度为7.7米。需要注意的是，出口内径不宜过小，防止烟气速度过大带出烟囱内筒8壁面的冷凝液。缩口1的底部设置一圈排水孔11，使缩口1的底部积液及时排入烟囱内筒8，避免酸液渗入缩口1与烟囱的内部。

实施例2

图5是本实施例的一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的安装示意图；其A-A截面图同图2。

本实施例与实施例1的区别在于：本装置应用在单筒混凝土烟囱上，烟囱包括砌筑内衬18、隔热层16、烟囱外筒10和烟囱混凝土压顶9。

实施例3

图6是本实施例的一种用于烟囱的防烟羽下洗的装置的安装示意图；图7是图6的A-A截面图。

本实施例与前两个实施例的区别在于：

(1)本装置应用在钢内筒烟囱上，钢内筒烟囱包括烟囱内筒8、烟囱外筒10、超细玻璃棉17和雨罩板19。烟囱外筒10为钢筋混凝土筑成，烟囱内筒8为钢内筒。

(2)本实施例的缩口1和挡风板2的材质与前两个实施例的不同，本实施例中，缩口1和挡风板2采用钢内筒的材质；模块化组件之间通过焊接连接，缩口1与钢内筒通过焊接固定，挡风板2与缩口1通过焊接固定。

(3)本实施例中采用立向筋板13、环向筋板14和加强箍15，其中加强箍和缩口之间并未采用一体成型的设计。立向筋板13用来加强缩口1的轴向强度，环向筋板14用来增加缩口1的径向强度，加强箍15起到加固的作用，提高装置整体强度。加强箍15与缩口1通过焊接固定，若是焊接在缩口1内侧，烟气在冲刷时装置整体强度存在一定风险，因此优选焊接在缩口1外壁。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。