摘要: 介紹了“煙塔合一”技術在大唐哈爾濱第一熱電廠的應用情況。闡述了“煙塔合一”技術用于大唐哈爾濱第一熱電廠的優(yōu)勢,詳細討論了采用“煙塔合一”對煙氣的排放、冷卻塔冷卻效率,以及循環(huán)水質(zhì)幾項指標的影響,提出了應對措施。

關鍵詞: 煙塔合一,經(jīng)濟,環(huán)保

由黑龍江省電力勘察設計研究院設計的大唐哈爾濱第一熱電廠項目,在黑龍江省首次采用" 煙塔合一"先進技術,將煙囪和冷卻塔合二為一, 取消獨立煙囪,同步建設脫硫裝置,采用濕法煙氣脫硫工藝,利用冷卻塔排放煙氣,將鍋爐煙氣經(jīng)除塵脫硫后由自然通風冷卻塔排放到大氣中,冷卻塔既有原有的散熱功能,又替代煙囪排放脫硫后的潔凈煙氣,這樣可充分利用冷卻塔內(nèi)巨大的熱空氣能量,對脫硫后通過煙囪排放的濕煙氣進行抬升并排放,從而提高周邊環(huán)境質(zhì)量,提高能源利用率。

1　大唐哈爾濱第一熱電廠工程概況

大唐哈爾濱第一熱電廠2 ×300 MW 新建工程,由大唐黑龍江發(fā)電有限公司和黑龍江省電力開發(fā)公司合資建設,其中大唐黑龍江發(fā)電有限公司投資60% ,黑龍江省電力開發(fā)公司投資40%。工程建設規(guī)模:工程規(guī)劃容量4 ×300 MW,工程分期實施,一期建設規(guī)模為2 ×300 MW 供熱機組,廠址位于哈爾濱市區(qū)、松花江南岸、程家崗地區(qū)。

2　采用煙塔合一技術的依據(jù)

大唐哈爾濱第一熱電廠2 ×300MW工程,冷卻塔高105 m,底部直徑為77 m, 出口直徑為 46. 8 m,塔內(nèi)玻璃鋼煙道水平段長48 m,垂直段長 7. 8 m,直徑5. 1 m,重量61 t。煙塔的基本結(jié)構(gòu)包括煙塔本體、煙道、塔芯填料等。煙塔構(gòu)件包括: 塔殼、殼支柱、環(huán)基、樁基、進水管道、塔內(nèi)豎井管道、布水槽、冷卻水池、冷卻水出口等。采用煙塔合一,主要基于以下因素:一是由于采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝,煙氣經(jīng)石灰石(濕法)脫硫后,煙溫一般在50 ℃左右, 50 ℃的煙氣與室外空氣密度差較小,煙囪壁散熱導致的煙氣溫降(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,致使經(jīng)脫硫后50 ℃的煙氣很難通過煙囪排放。若采用煙囪排放須增加回轉(zhuǎn)式GGH,對煙氣進行加熱,溫度達到S02的露點溫度(72 ℃) 以上,這樣會導致系統(tǒng)復雜,初投資及運行費用增加,冷卻塔具有一定高度,比煙囪的表面積大許多,而且采用冷卻塔排煙則無須對煙氣進行加熱, 不用GGH,還可以合并鍋爐引風機和脫硫增壓風機,降低電廠建設費用,有利于降低發(fā)電成本。二是由于該項目廠址位于哈爾濱市區(qū),距太平國際機場約為17 km,處于航線凈空區(qū)范圍內(nèi),對附近構(gòu)筑物的高度有限制,采用煙塔合一技術可有效避開航空影響。三是冷卻塔采用抗腐蝕的玻璃鋼材料,無需采用額外的防腐措施。四是充分利用冷卻塔的巨大能量,對除塵、脫硫后的濕煙氣進行有效抬升,促進凈煙氣中未脫除污染物的擴散,降低其落地濃度,進而提高排煙效率,減少環(huán)境污染。

3　采用煙塔合一技術利于煙氣的排放

從環(huán)保角度來看,冷卻塔排煙和煙囪排煙的根本區(qū)別在于:

a. 煙氣或煙氣混合物的溫度不同。

b. 混合物的排出速度不同。

c. 混合處的初始濃度不同。

從圖1可以看出煙塔合一技術與傳統(tǒng)煙囪排煙有較大的不同。

從塔中排放出的凈化煙氣溫度約50 ℃,高于塔內(nèi)濕空氣溫度,發(fā)生混合換熱現(xiàn)象,混合后的結(jié)果改變了塔內(nèi)氣體流動工況。由于進入塔內(nèi)的煙氣密度低于塔內(nèi)空氣的密度,對冷卻塔內(nèi)空氣的熱浮力產(chǎn)生正面影響。此外,進入冷卻塔的煙氣很少,其體積只占冷卻塔空氣體積的10%以下。故煙氣能夠通過自然冷卻塔順利排放。煙氣的排入對塔內(nèi)空氣的抬升和速度等影響起到了正面作用。在相同條件下,濕煙氣的抬升也高于干煙氣。

冷卻塔的煙氣量是煙囪排煙煙氣量的10倍左右,熱釋放率很大。電廠煙氣具有較高的能量和較大的浮力時,就可以比較容易的穿過逆溫層, 如果煙氣全部都穿透了逆溫層,它就不再返回下部,不會對地面造成污染。由于煙塔合一技術排放的混合煙氣含有大量的水蒸氣,水蒸氣中的熱量大于空中煙氣漂走帶的熱量,具有較大的浮力, 上下層交換就能夠進行,所以冷卻塔排煙優(yōu)于煙囪排煙。

4　采用煙塔合一技術,提高冷卻塔冷卻效率

辨別煙氣通過冷卻塔排煙對冷卻塔冷卻效率影響的依據(jù)是:煙氣密度是否低于填料上方空氣的密度。當煙氣密度比填料上方空氣的密度低時,煙氣的排入會使冷卻塔填料上面的混合氣體的密度比原來填料上方的空氣密度低,從而增大了塔內(nèi)外氣體的密度差,導致冷卻塔的通風量增加,冷卻效率提高;反之則會使冷卻效率降低。煙氣密度與填料上方空氣密度的差距越大, 冷卻效率提高的幅度越大;填料上方的空氣密度受環(huán)境溫度、循環(huán)水量、循環(huán)水進水溫度的影響,其中,環(huán)境溫度的影響最大,保守估計,煙塔全年應該有 90%以上的時間都會比相同條件下的舊冷卻塔效率高。但煙氣溫度降低時,使煙塔熱效率向好的時間將有所縮短。環(huán)境溫度提高時,對煙塔冷卻效率起正面影響的臨界煙氣溫度也將提高,環(huán)境溫度為38 ℃時,這個臨界溫度大約為51～52 ℃。進入冷卻塔的煙氣溫度越高冷卻塔的冷卻效果越好。不難理解,當煙氣的排入對冷卻塔的冷卻效率起正面影響時,煙氣量降低(鍋爐降負荷)會削弱冷卻效率,而當煙氣的排入對冷卻的塔冷卻效率起負面影響時,煙氣量降低(鍋爐降負荷)會提高冷卻效果,在炎熱的夏季,就可以通過降低鍋爐負荷的方法提高煙塔的冷卻效率和擴散效果。

5　采用煙塔合一技術須對循環(huán)水質(zhì)進行相關處理

煙氣進入冷卻塔排放,煙氣在上升過程中接觸冷的濕飽和空氣,煙氣中的一部分水蒸汽也會遇冷凝結(jié)成霧滴,一些會在冷卻塔壁面形成大液滴落入冷卻塔水池,進入循環(huán)水系統(tǒng),煙氣中的可溶性氣體和固體顆粒也會隨之進入循環(huán)水系統(tǒng),這也會造成循環(huán)水雜質(zhì)和鹽類濃度的增加。進入冷卻塔的污染物主要有: 粉塵、SO2、SO3、HCl、 HF、NOx、CaSO3、CaSO4、MgSO3、MgSO4 等,這些污染物除了NOx微溶于水外,其余氣體、液滴和固體顆粒都可能進入循環(huán)水,但進入的量很難確定,也應該受到煙氣和空氣的溫度的影響以及排煙口的高度和排煙煙速的影響,必須通過試驗研究加以確定。這些物質(zhì)進入循環(huán)水會帶來兩方面的影響,一是酸性氣體溶解在水中,導致pH 下降;二是循環(huán)水的雜質(zhì)和鹽類濃度升高。這兩種作用都是累計和持續(xù)作用的, 如不采取措施, 將導致循環(huán)水質(zhì)的持續(xù)惡化。為防止循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢和對冷凝器管的腐蝕,循環(huán)水的pH值需要控制在8. 0～8. 3左右,也是在這個pH值的環(huán)境下,向循環(huán)水中添加阻垢劑、防腐劑和水穩(wěn)劑才能正常工作,所以必須密切監(jiān)視pH值的變化,向循環(huán)水中加入堿性物質(zhì)穩(wěn)定pH值;另外,循環(huán)水中的雜質(zhì)和鹽類濃度增加,也會增加冷凝器結(jié)垢、腐蝕的機會,威脅機組的生產(chǎn)運行,也要采取措施, 維持循環(huán)水現(xiàn)有的固體和鹽類濃度在允許的范圍內(nèi),對循環(huán)水質(zhì)進行控制。最簡單的辦法是增大排污水量和補水量來保持鹽類濃度和pH值,但這種方法不僅受水源來水量的限制,嚴重浪費水資源,而且調(diào)節(jié)緩慢被動。另一種方法就是對循環(huán)水進行除鹽處理和pH值調(diào)節(jié)。

6　結(jié)束語

煙塔合一技術在城市規(guī)劃和環(huán)境改善方面具有明顯的優(yōu)勢,它可充分利用冷卻塔的巨大能量, 對除塵、脫硫后的濕煙氣進行有效抬升,促進凈煙氣中未脫除污染物的擴散,降低其落地濃度。機組不必再建設煙囪及脫硫系統(tǒng)的煙氣加熱裝置 GGH。這樣不僅可緩解城市建設用地緊張和建筑物限高等問題,并且可以顯著改善城市周邊電廠建設同城市整體規(guī)劃的適應性和靈活度,有利于縮小熱源、電源與負荷中心間的距離,提高電廠的經(jīng)濟性并有利于城市供熱、供電的可靠性。因此, 煙塔合一技術有著巨大的發(fā)展前景。

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