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    火电厂用冷却塔替代烟囱的探讨
    发布时间:2015-05-08 浏览量:1863
    随着社会生产力的发展和人们生活质量的提高,人们对环境质量愈来愈关注,对火电厂也提出了更高的环保要求。愈来愈多的电厂将视其煤质情况和环保要求对烟气进行脱硫处理,甚至于进行脱硝处理。在某些采用石灰石湿法脱硫(以下简称FGD)的系统中,经脱硫后的烟温约50 ℃,若不加热则可能带来烟囱排放困难。能否在采用自然通风冷却塔的电厂,将处理后的烟气通过冷却塔排放?本文试图对该问题做一些分析和探讨。
      1、技术方案
      对于采用了冷却水再循环的火电厂,若其烟气进行了脱硫脱硝处理(或只是脱硫处理),在正常运行工况下,烟气经过二氧化硫吸收塔处理,进入自然通风冷却塔,在配水装置之上均匀排放,通过冷却塔排入大气。同时,根据二氧化硫吸收塔的可靠性和事故率大小,可以设置旁路烟道,通过事故烟囱排放。
      2、技术经济分析
      2.1塔内气体流动工况的变化分析
      与常规做法不同,烟气不通过烟囱排放,而被送至自然通风冷却塔。在塔内,烟气从配水装置上方均匀排放,与冷却水不接触。由于烟气温度约50 ℃,高于塔内湿空气温度,发生混和换热现象,混和的结果,改变了塔内气体流动工况。
      2.1.1烟气进入对热浮力的影响
      塔内气体向上流动的原动力是湿空气(或湿空气与烟气的混和物)产生的热浮力(也称抽力),热浮力克服流动阻力而使气体流动。热浮力为Z=he.Δρ。g,式中  he——冷却塔有效高度;Δρ——塔外空气密度ρk与塔内气体密度ρm之差。
      下面,以某300 MW机组为例,做简要计算:已知f=10%的气象条件为θ1=25 ℃,Ψ1=78%,pamb=99.235 kPa,查有关图表或用公式计算出塔外空气密度ρk=1.152 kg/m3.
      一般情况,塔内空气密度 ρm≈0.98 ρk=1.129 kg/m3,在标准大气压下,0 ℃时,烟气根据经验,一般煤质ρoy≈1.34 kg/Nm3.
      经湿法脱硫后的烟温ty=50 ℃,考虑烟气x≈1%,水蒸气ρos=0.804 kg/Nm3,则可计算出进入冷却塔的烟气密度
      显然,进入冷却塔的烟气密度低于塔内气体的密度,对冷却塔的热浮力产生正面影响。
      2.1.2烟气进入对塔内气体流速的影响
      已知列举的300MW机组,冷却塔淋水面积Am=6500m2,塔内气体流速vm=1.07m/s,计算出塔内气体流量Qm=Am.vm=6955m3/s;再计算出排烟温度140℃时,排烟量约1 800 000m3/h(折合500m3/s)。换算为脱硫后50 ℃的烟气量(忽略除去的SO2气体,增加的水蒸气按经验为10%):
      进入塔内的烟气占塔内气体的容积份额:
      显然,进入冷却塔的烟气所占容积份额小,对塔内气体流速影响甚微。
      2.1.3烟气的进入对塔内阻力的影响
      根据塔内阻力公式Δp=ξ(ρm vm)/(2),阻力系数ξ主要在于配水装置,而烟气在配水装置以上进入,对配水装置区间段阻力不产生影响。因此,对总阻力的影响甚微,在工程上亦可以忽略不计。
      从以上分析可得到以下结论:烟气能够通过双曲线自然通风冷却塔顺利排放。
      2.2湿法脱硫后的烟气从烟囱排放存在着困难
      烟气经石灰石(湿法)脱硫后,烟温一般在50 ℃左右。由上例知,50 ℃的烟气与室外空气密度差甚小,再考虑到烟囱壁散热导致烟气温降,烟囱非双曲线形,其流动特性不及冷却塔,加上气候变化的影响,可见,经脱硫后50 ℃的烟气通过烟囱排放存在着困难。否则,不得不对50 ℃的烟气进行加热,这样,势必导致系统复杂,初投资及运行费用增加。
      2.3烟气通过冷却塔排放对环境的影响
      据国外研究机构的研究成果表明,通过冷却塔排放的烟气,其抬升高度能满足环保要求,在此不再详述。
      2.4烟气中残余二氧化硫和飞灰不会对循环冷却水造成污染
      经脱硫和高效除尘后,烟气中残余二氧化硫和飞灰含量低,二氧化硫(包括三氧化硫)露点温度相应降低,在塔内结露的可能性小。加之二氧化硫吸收塔和冷却塔均有除水装置,塔内气体带水滴(雾)少,烟气中飞灰不易与水滴(雾)结合而沾附在塔内壁。因此,烟气中残余二氧化硫和飞灰不会对冷却塔和循环冷却水产生污染。在实际工程运用前,还可以通过试验获取数据并进行分析。
      2.5投资节约分析
      采用烟气通过冷却塔排放方案后,根据二氧化硫吸收塔设备及运行可靠性情况,可以根据环保和技术要求另设置简易低矮的事故旁路烟囱。因此,可以节约永久性烟囱的投资。同时,烟气不需再加热,系统简单,运行费用和初投资也可降低。
      2.6使用条件限制
      该方案在工程运用中受到以下条件限制:
      a)必须在采用了冷却水再循环和自然通风冷却塔的火电厂方可应用;
      b)必须对烟气进行高效除尘和脱硫(或脱硫脱硝)处理;
      c)在总平面布置上,冷却塔的位置与炉后脱硫塔相距不远。
      3、工程运用实践
      据悉,国外也在这方面进行着探索和试验,效果尚令人满意。
      4、结束语
      在采用冷却水再循环和自然通风冷却塔的火电厂,对烟气采用了高效除尘和脱硫(或脱硫脱硝)处理后,在技术、经济、安全比较的前提下,可以考虑烟气通过冷却塔排放。并视脱硫塔可靠性情况和事故率大小,设置低矮的事故烟囱,不再建设永久性烟囱,从而降低造价和运行费用。
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