火電廠用冷卻塔替代煙囪的探討論文

　　摘要長期以來，煙囪成為火電廠必不可少的重要設施。近年來，隨著脫硫脫硝技術的運用，使處理後的煙氣溫度和煙氣成分與過去相比發生了變化。能否在適當條件下用冷卻塔替代煙囪(將煙氣透過冷卻塔排放)呢?透過對塔內氣體流動工況的變化分析，以及對溼法脫硫後的煙氣從煙囪排放分析和煙氣中殘餘二氧化硫和飛灰對迴圈冷卻水汙染分析，最後得出結論：若煙氣採用了高效除塵和脫硫(或脫硫脫硝)處理，可以設定低矮的事故煙囪，不再建設永久性煙囪，從而降低造價和執行費用。

　　隨著社會生產力的發展和人們生活質量的提高，人們對環境質量愈來愈關注，對火電廠也提出了更高的環保要求。愈來愈多的'電廠將視其煤質情況和環保要求對煙氣進行脫硫處理，甚至於進行脫硝處理。在某些採用石灰石溼法脫硫(以下簡稱FGD)的系統中，經脫硫後的煙溫約50 ℃，若不加熱則可能帶來煙囪排放困難。能否在採用自然通風冷卻塔的電廠，將處理後的煙氣透過冷卻塔排放?本文試圖對該問題做一些分析和探討。

　　1 技術方案

　　對於採用了冷卻水再迴圈的火電廠，若其煙氣進行了脫硫脫硝處理(或只是脫硫處理)，在正常執行工況下，煙氣經過二氧化硫吸收塔處理，進入自然通風冷卻塔，在配水裝置之上均勻排放，透過冷卻塔排入大氣。同時，根據二氧化硫吸收塔的可靠性和事故率大小，可以設定旁路煙道，透過事故煙囪排放。

　　2 技術經濟分析

　　2.1 塔內氣體流動工況的變化分析

　　與常規做法不同，煙氣不透過煙囪排放，而被送至自然通風冷卻塔。在塔內，煙氣從配水裝置上方均勻排放，與冷卻水不接觸。由於煙氣溫度約50 ℃，高於塔內溼空氣溫度，發生混和換熱現象，混和的結果，改變了塔內氣體流動工況。

　　2.1.1 煙氣進入對熱浮力的影響

　　塔內氣體向上流動的原動力是溼空氣(或溼空氣與煙氣的混和物)產生的熱浮力(也稱抽力)，熱浮力克服流動阻力而使氣體流動。熱浮力為Z=he.Δ.g，式中 he——冷卻塔有效高度；

　　Δ——塔外空氣密度k與塔內氣體密度m之差。

　　下面，以某300 MW機組為例，做簡要計算：

　　已知f=10%的氣象條件為θ1=25 ℃，Ψ1=78%,pamb=99.235 kPa，查有關圖表或用公式計算出塔外空氣密度k=1.152 kg/m3。

　　一般情況，塔內空氣密度 m≈0.98 k=1.129 kg/m3，在標準大氣壓下，0 ℃時，煙氣根據經驗，一般煤質oy≈1.34 kg／Nm3。

　　經溼法脫硫後的煙溫ty=50 ℃，考慮煙氣x≈1%，水蒸氣os=0.804 kg/Nm3，則可計算出進入冷卻塔的煙氣密度

　　顯然，進入冷卻塔的煙氣密度低於塔內氣體的密度，對冷卻塔的熱浮力產生正面影響。

　　2.1.2 煙氣進入對塔內氣體流速的影響

　　已知列舉的300 MW機組，冷卻塔淋水面積Am=6 500 m2，塔內氣體流速vm=1.07 m/s，計算出塔內氣體流量Qm=Am.vm=6 955 m3/s;再計算出排煙溫度140 ℃時，排煙量約1 800 000 m3/h(摺合500 m3/s)。換算為脫硫後50 ℃的煙氣量(忽略除去的SO2氣體，增加的水蒸氣按經驗為10%)：

　　進入塔內的煙氣佔塔內氣體的容積份額：

　　顯然，進入冷卻塔的煙氣所佔容積份額小，對塔內氣體流速影響甚微。

　　2.1.3 煙氣的進入對塔內阻力的影響

　　根據塔內阻力公式Δp=(m vm)/(2)，阻力系數主要在於配水裝置，而煙氣在配水裝置以上進入，對配水裝置區間段阻力不產生影響。因此，對總阻力的影響甚微，在工程上亦可以忽略不計。

　　從以上分析可得到以下結論：煙氣能夠透過雙曲線自然通風冷卻塔順利排放。

　　2.2 溼法脫硫後的煙氣從煙囪排放存在著困難

　　煙氣經石灰石(溼法)脫硫後，煙溫一般在50 ℃左右。由上例知，50 ℃的煙氣與室外空氣密度差甚小，再考慮到煙囪壁散熱導致煙氣溫降，煙囪非雙曲線形，其流動特性不及冷卻塔，加上氣候變化的影響，可見，經脫硫後50 ℃的煙氣透過煙囪排放存在著困難。否則，不得不對50 ℃的煙氣進行加熱，這樣，勢必導致系統複雜，初投資及執行費用增加。

　　2.3 煙氣透過冷卻塔排放對環境的影響

　　據國外研究機構的研究成果表明，透過冷卻塔排放的煙氣，其抬升高度能滿足環保要求，在此不再詳述。

　　2.4 煙氣中殘餘二氧化硫和飛灰不會對迴圈冷卻水造成汙染

　　經脫硫和高效除塵後，煙氣中殘餘二氧化硫和飛灰含量低，二氧化硫(包括三氧化硫)露點溫度相應降低，在塔內結露的可能性小。加之二氧化硫吸收塔和冷卻塔均有除水裝置，塔內氣體帶水滴(霧)少，煙氣中飛灰不易與水滴(霧)結合而沾附在塔內壁。因此，煙氣中殘餘二氧化硫和飛灰不會對冷卻塔和迴圈冷卻水產生汙染。在實際工程運用前，還可以透過試驗獲取資料並進行分析。

　　2.5 投資節約分析

　　採用煙氣透過冷卻塔排放方案後，根據二氧化硫吸收塔裝置及執行可靠性情況，可以根據環保和技術要求另設定簡易低矮的事故旁路煙囪。因此，可以節約永久性煙囪的投資。同時，煙氣不需再加熱，系統簡單，執行費用和初投資也可降低。

　　2.6 使用條件限制

　　該方案在工程運用中受到以下條件限制：

　　a)必須在採用了冷卻水再迴圈和自然通風冷卻塔的火電廠方可應用；

　　b)必須對煙氣進行高效除塵和脫硫(或脫硫脫硝)處理；

　　c)在總平面佈置上，冷卻塔的位置與爐後脫硫塔相距不遠。

　　3 工程運用實踐

　　據悉，國外也在這方面進行著探索和試驗，效果尚令人滿意。

　　4 結束語

　　在採用冷卻水再迴圈和自然通風冷卻塔的火電廠，對煙氣採用了高效除塵和脫硫(或脫硫脫硝)處理後，在技術、經濟、安全比較的前提下，可以考慮煙氣透過冷卻塔排放。並視脫硫塔可靠性情況和事故率大小，設定低矮的事故煙囪，不再建設永久性煙囪，從而降低造價和執行費用。