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火電廠用冷卻塔替代煙囪的探討

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量愈來愈關(guān)注，對(duì)火電廠也提出了更高的環(huán)保要求。愈來愈多的電廠將視其煤質(zhì)情況和環(huán)保要求對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫處理，甚至于進(jìn)行脫硝處理。在某些采用石灰石濕法脫硫（以下簡(jiǎn)稱FGD）的系統(tǒng)中，經(jīng)脫硫后的煙溫約50 ℃，若不加熱則可能帶來煙囪排放困難。能否在采用自然通風(fēng)冷卻塔的電廠，將處理后的煙氣通過冷卻塔排放？本文試圖對(duì)該問題做一些分析和探討。

1、技術(shù)方案

對(duì)于采用了冷卻水再循環(huán)的火電廠，若其煙氣進(jìn)行了脫硫脫硝處理（或只是脫硫處理），在正常運(yùn)行工況下，煙氣經(jīng)過二氧化硫吸收塔處理，進(jìn)入自然通風(fēng)冷卻塔，在配水裝置之上均勻排放，通過冷卻塔排入大氣。同時(shí)，根據(jù)二氧化硫吸收塔的可靠性和事故率大小，可以設(shè)置旁路煙道，通過事故煙囪排放。

2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.1塔內(nèi)氣體流動(dòng)工況的變化分析

與常規(guī)做法不同，煙氣不通過煙囪排放，而被送至自然通風(fēng)冷卻塔。在塔內(nèi)，煙氣從配水裝置上方均勻排放，與冷卻水不接觸。由于煙氣溫度約50 ℃，高于塔內(nèi)濕空氣溫度，發(fā)生混和換熱現(xiàn)象，混和的結(jié)果，改變了塔內(nèi)氣體流動(dòng)工況。

2.1.1煙氣進(jìn)入對(duì)熱浮力的影響

塔內(nèi)氣體向上流動(dòng)的原動(dòng)力是濕空氣（或濕空氣與煙氣的混和物）產(chǎn)生的熱浮力（也稱抽力），熱浮力克服流動(dòng)阻力而使氣體流動(dòng)。熱浮力為Z=he.Δρ。g，式中 he——冷卻塔有效高度；Δρ——塔外空氣密度ρk與塔內(nèi)氣體密度ρm之差。

下面，以某300 MW機(jī)組為例，做簡(jiǎn)要計(jì)算：已知f=10%的氣象條件為θ1=25 ℃，Ψ1=78%，pamb=99.235 kPa，查有關(guān)圖表或用公式計(jì)算出塔外空氣密度ρk=1.152 kg/m3.

一般情況，塔內(nèi)空氣密度 ρm≈0.98 ρk=1.129 kg/m3，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，0 ℃時(shí)，煙氣根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般煤質(zhì)ρoy≈1.34 kg／Nm3.

經(jīng)濕法脫硫后的煙溫ty=50 ℃，考慮煙氣x≈1%，水蒸氣ρos=0.804 kg/Nm3，則可計(jì)算出進(jìn)入冷卻塔的煙氣密度

顯然，進(jìn)入冷卻塔的煙氣密度低于塔內(nèi)氣體的密度，對(duì)冷卻塔的熱浮力產(chǎn)生正面影響。

2.1.2煙氣進(jìn)入對(duì)塔內(nèi)氣體流速的影響

已知列舉的300MW機(jī)組，冷卻塔淋水面積Am=6500m2，塔內(nèi)氣體流速vm=1.07m/s，計(jì)算出塔內(nèi)氣體流量Qm=Am.vm=6955m3/s；再計(jì)算出排煙溫度140℃時(shí)，排煙量約1 800 000m3/h（折合500m3/s）。換算為脫硫后50 ℃的煙氣量（忽略除去的SO2氣體，增加的水蒸氣按經(jīng)驗(yàn)為10%）：

進(jìn)入塔內(nèi)的煙氣占塔內(nèi)氣體的容積份額：

顯然，進(jìn)入冷卻塔的煙氣所占容積份額小，對(duì)塔內(nèi)氣體流速影響甚微。

2.1.3煙氣的進(jìn)入對(duì)塔內(nèi)阻力的影響

根據(jù)塔內(nèi)阻力公式Δp=ξ（ρm vm）/（2），阻力系數(shù)ξ主要在于配水裝置，而煙氣在配水裝置以上進(jìn)入，對(duì)配水裝置區(qū)間段阻力不產(chǎn)生影響。因此，對(duì)總阻力的影響甚微，在工程上亦可以忽略不計(jì)。

從以上分析可得到以下結(jié)論：煙氣能夠通過雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔順利排放。

2.2濕法脫硫后的煙氣從煙囪排放存在著困難

煙氣經(jīng)石灰石（濕法）脫硫后，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(dǎo)致煙氣溫降，煙囪非雙曲線形，其流動(dòng)特性不及冷卻塔，加上氣候變化的影響，可見，經(jīng)脫硫后50 ℃的煙氣通過煙囪排放存在著困難。否則，不得不對(duì)50 ℃的煙氣進(jìn)行加熱，這樣，勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，初投資及運(yùn)行費(fèi)用增加。

2.3煙氣通過冷卻塔排放對(duì)環(huán)境的影響

據(jù)國外研究機(jī)構(gòu)的研究成果表明，通過冷卻塔排放的煙氣，其抬升高度能滿足環(huán)保要求，在此不再詳述。

2.4煙氣中殘余二氧化硫和飛灰不會(huì)對(duì)循環(huán)冷卻水造成污染

經(jīng)脫硫和高效除塵后，煙氣中殘余二氧化硫和飛灰含量低，二氧化硫（包括三氧化硫）露點(diǎn)溫度相應(yīng)降低，在塔內(nèi)結(jié)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(nèi)氣體帶水滴（霧）少，煙氣中飛灰不易與水滴（霧）結(jié)合而沾附在塔內(nèi)壁。因此，煙氣中殘余二氧化硫和飛灰不會(huì)對(duì)冷卻塔和循環(huán)冷卻水產(chǎn)生污染。在實(shí)際工程運(yùn)用前，還可以通過試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

2.5投資節(jié)約分析

采用煙氣通過冷卻塔排放方案后，根據(jù)二氧化硫吸收塔設(shè)備及運(yùn)行可靠性情況，可以根據(jù)環(huán)保和技術(shù)要求另設(shè)置簡(jiǎn)易低矮的事故旁路煙囪。因此，可以節(jié)約永久性煙囪的投資。同時(shí)，煙氣不需再加熱，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用和初投資也可降低。

2.6使用條件限制

該方案在工程運(yùn)用中受到以下條件限制：

a）必須在采用了冷卻水再循環(huán)和自然通風(fēng)冷卻塔的火電廠方可應(yīng)用；

b）必須對(duì)煙氣進(jìn)行高效除塵和脫硫（或脫硫脫硝）處理；

c）在總平面布置上，冷卻塔的位置與爐后脫硫塔相距不遠(yuǎn)。

3、工程運(yùn)用實(shí)踐

據(jù)悉，國外也在這方面進(jìn)行著探索和試驗(yàn)，效果尚令人滿意。

4、結(jié)束語

在采用冷卻水再循環(huán)和自然通風(fēng)冷卻塔的火電廠，對(duì)煙氣采用了高效除塵和脫硫（或脫硫脫硝）處理后，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全比較的前提下，可以考慮煙氣通過冷卻塔排放。并視脫硫塔可靠性情況和事故率大小，設(shè)置低矮的事故煙囪，不再建設(shè)永久性煙囪，從而降低造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。

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