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????? 火電廠用冷卻塔替代煙囪的探討
????? 摘 要 長(zhǎng)期以來,煙囪成為火電廠必不可少的重要設(shè)施。近年來,隨著
脫硫脫硝技術(shù)的運(yùn)用,使處理后的煙氣溫度和煙氣成分與過去相比發(fā)生了變化。
能否在適當(dāng)條件下用冷卻塔替代煙囪(將煙氣通過冷卻塔排放)呢?通過對(duì)塔內(nèi)
氣體流動(dòng)工況的變化分析,以及對(duì)濕法脫硫后的煙氣從煙囪排放分析和煙氣中殘
余二氧化硫和飛灰對(duì)循環(huán)冷卻水污染分析,最后得出結(jié)論:若煙氣采用了高效除
塵和脫硫(或脫硫脫硝)處理,可以設(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。
????? 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ρ
k=1.152 kg/m3.
????? 一般情況,塔內(nèi)空氣密度ρm ≈0.98ρk=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300 MW機(jī)組,冷卻塔淋水面積Am=6 500 m2 ,塔內(nèi)氣體流速vm=1.07
m/s ,計(jì)算出塔內(nèi)氣體流量Qm=Am.vm=6 955 m3/s ;再計(jì)算出排煙溫度140 ℃時(shí),
排煙量約1 800 000 m3/h(折合500 m3/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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