烟塔合一技术分析

2. “烟塔合一”技术特点及应用的条件
2.1 “烟塔合一”技术特点
火电厂烟气脱硫主要采用石灰石—石膏湿法脱硫技术， 为了增加脱硫后烟气的抬升高度，一是采用GGH,另一 种方式则取消了火电厂中的烟囱，将锅炉经除尘、脱 硫后排出的烟气，经自然通风冷却塔内的热空气抬升 烟气排放到大气中，即“烟塔合一”。
3.1 采用“烟塔合一”技术，有利于烟气中污染物的稀释和 扩散，有利于保护环境

“烟塔合一”技术是利用自然通风冷却塔内巨大的热量和热 空气量，对除尘、脱硫后湿烟气靠冷却塔气流的提升力进行 抬升，把经除尘、脱硫净化处理后的烟气排入环境空气中。 尽管冷却塔内气流温度较低，但由于气流体积流量较大、总 流量较大，在大多数气候条件下，都可达到远高于比冷却塔 高数十米的烟囱的抬升高度，从而利于污染物的稀释和扩散， 有利于环境保护。
5 “烟塔合一”工程设计技术
5.1烟塔工况设计
5.2冷却塔设计技术
5.3净烟道设计技术
5.4入塔烟道的结构设计
5.1烟塔工况设计

循环水水量设计
为了保证应用“烟塔合一”技术后对烟气的抬升效果，冷却塔出 口混合气体的垂直速度必须大于3 m/s (德国的设计规范规定为 3～6m/s)，对进入“烟塔合一”冷却塔的循环水的水量和热量有 了最低要求。
“烟塔合一”技术最早起源于德国，首先在德国投入商业 应用。该技术的应用，可省去GGH和烟囱。该技术在德国 已应用得非常成熟。
随着脱硫技术的发展，脱硫装置运行可靠性不断提高， 环保的要求越来越严，无论在德国还是在国内，普遍 采用的“烟塔合一”工艺是直通式，经除尘脱硫后的 净烟气直接进入冷却塔。
烟气脱硫装置有内置式和外置两种工艺方式。外置式 即脱硫吸收塔布置在冷却塔外，冷却塔采用逆流塔； 内置式即脱硫吸收塔、自然冷却塔、烟囱三塔合一方 式 ，工艺使得系统布置更加紧凑，大量减少了用地， 初投资大大降低，运行和维护费用也大幅减少.
2 “烟塔合一”技术的缺点



①冷却塔中或者在气流刚离开冷却塔时会出现强烈 的空气有害物，如二氧化硫和NOx与气流中水蒸气 的反应，结果提前形成酸，在筒壁上形成的酸性物 质会腐蚀塔筒，并在一定程度上影响循环水水质， 须采取防护措施。 ②冷却塔喷出的水滴和气流中的雾滴在冷却塔附近 比没有与烟气混合的冷却塔气流中的酸性大,对塔体 有一定的腐蚀作用。 ③通过冷却塔排放烟气时，须对烟气进行脱氮处理
6
脱硫、脱销系统能可靠、稳定运行，至少具有和 机组同样的可用率 。
7
针对冷却塔结构的设计，还要注意几个特殊技术问题
入塔烟道的结构设计，包括入塔烟道的材质选择， 入塔烟道的支撑结构设计； 冷却塔筒壁的开孔，冷却塔筒壁强度的校核计算与 设计验算，工程的施工技术与安全措施； 冷却塔的防腐技术。
3 “烟塔合一”技术应用对环境的影响
“烟塔合一”技术应用对循环水的处理对策

循环水中的盐类和杂质浓度升高、循环倍率升高的负面影响 主要是凝汽器铜管或是不锈钢管的腐蚀、工业冷却水管道腐 蚀、凝汽器水侧结垢等，机组的安全、经济运行受到威胁。
（1）提高循环冷却水的碱度 适当提高循环冷却水补充水的p H 值，或者在循环冷却水中直接加 入碱性物质，以维持循环冷却水的p H 值在8.0至8.3。 （2）循环水处理 加入阻垢剂，防止循环冷却水系统积盐、结垢；加入分散剂，分 散悬浮物，防止其沉积。出现沉积、积盐、结垢后，可以采取胶球冲 洗、高压水枪冲洗凝汽器、化学清洗（酸洗）等措施。 （3）循环冷却水系统的材料选择和流速控制 新建机组，在系统选材上应尽可能一步到位；对于改造机组，就只能 采取添加带有渗透、清洗功能的缓蚀剂的办法。 低流速（1～2 m/s ）可能引发严重的沉积、结垢问题，设计上要选 择适当的流速。


入塔烟道的安装：烟道从塔外脱硫装置至塔中心大约70至 80米长，由多节烟道，逐一连接。为保证烟道的温度补偿， 在烟道的适当位置应设置膨胀节及维修平台。
冷却塔筒壁的开孔：开孔位置一般选择在筒壁较薄的淋水 层除水器上方，不会对冷却塔筒体的稳定性产生大的影响， 但在开孔处采取架设封闭肋梁的办法对开孔的边缘进行加强 补偿，用密封材料进行密封，防止冷空气进入塔内。
（4）加强对循环水水质的监测 （5）国内外循环水系统的运行经验 每年停运一次，放空循环水系统存水，检查系统污染情况， 必要时安排冲洗或是化学清洗。 深化处理循环水补水，按照水平衡、零排放的环保要求， 将各种废水处理后，再经过反渗透系统处理，补充到循环 冷却水系统，但成本较高。 采用简单的循环水旁流处理形式，要进行相关的试验，通 过技术经济比较，确定旁流处理系统的容量和冷却塔群换 水的频次和容量。

循环水水质设计
满足现行标准即可，但考虑到脱硫净烟气带入的石膏等污染物的影 响，需要加强水质监督，定期进行清理、清洗。
5.2 冷却塔设计

要求冷却塔在满足汽轮机循环冷却水正常冷却的同时，使 除尘、脱硫、脱销后的净烟气达标排放，设计的关键在于 冷却塔的线形及尺寸、冷却塔的强度(包括冷却塔筒壁开孔 技术)、冷却塔的防腐和汽轮机冷却技术等几个方面。设计 的主要原则有： 最低热负荷：设计要求汽轮机冷却循环水水量不能 小于设计值的50%或者不能低于冷却塔热负荷的30% 。 排烟温度：冷却塔的寿命取决于防腐层的施工工艺 和厚度，要限制高温烟气进入烟塔内，防止防腐涂料 遇到高温后脆化、剥落。
2
火力发电厂通常采用自然通风冷却塔的二次循 环冷却系统，冷却塔的位置与脱硫吸收塔相距 不宜太远。
3
电厂应建设在有利于烟气扩散的场地上，有助 于烟气的扩散 。
4
在总平面布置上，考虑到循环水管道和烟气管道的布 置与投资差额，一般情况下采用炉后布置自然通风冷 却塔。
5
用于排烟的自然通风冷却塔必须要保证一定的最 低的循环水流量。
2.2 “烟塔合一”技术应用的条件
1
对排放的净烟气品质有着严格的要求。
我国颁布实施的《火电厂大气污染物排放标准》 （GB13223-2011）火电厂大气污染物排放控制指标为 ：烟尘30mg/Nm3；SO2100～400 mg/Nm3；NOx 100 ～ 200 mg/Nm3,已达到发达国家的最高水平。 但目前所广泛采用的低氮燃烧技术是不能满足最 新标准要求，无论是否采用“烟塔合一”技术，新建 火力燃煤发电机组均必须同步建设烟气脱硝装置对烟 气进行脱硝处理。
“烟塔合一”方案与烟囱方案投资差别定性比较
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 费用名称 烟囱（包括防腐）费用 烟烟换热器（GGH）设备费用 烟烟换热器（GGH）建安费用 烟烟换热器（GGH）运行费用 锅炉引风机与脱硫增压风机优化节约 费用 冷却塔防腐蚀增加费用 冷却塔开洞增加费用 烟道长度增加费用 冷却塔淋水面积增加费用 √ √ √ √ 烟塔合一方案 烟囱方案 √ √ √ √ √
“烟塔合一”冷却塔和烟囱排放烟气抬升对比
冷却塔的烟云轮廓
抬 升 高 度
烟囱的烟云轮廓
m
扩散距离km

影响烟气抬升与扩散的主要因素有：烟气温度，烟气流速、 环境温度与风速、大气稳定度、扩散参数及地形地貌条件 等。在烟气和外部环境相同的条件下，决定性因素为环境 风速和大气稳定度。

我国现行《火电厂大气污染物排放标准》和《环境空气质 量标准》等环境标准和《环境影响评价导则》规定的烟气 抬升和环境空气污染物扩散模式，是基于采用传统烟囱排 放烟气这一前提先决条件。
4 “烟塔合一”技术应用对冷却塔的影响
烟气进入对热浮力的影响：入塔的烟气密度低于塔 内气体的密度，对热浮力是正面的影响。
烟气进入对塔内气体流速的影响：入塔的烟气所占 容积份额小，对塔内气体流速影响甚微。 烟气的进入对塔内阻力的影响：烟气入塔位置是在 冷却塔的配水装置之上，对配水装置区间段的阻力 可以忽略不计。
烟 塔 合 一 技 术 流 程 图

“烟塔合一”技术总结
1.“烟塔合一”技术优点




①烟气通过冷却塔下部与冷却塔中的水汽相混合后排 放的技术，节省了烟气再热装置及其相应烟道的费用。 ②冷却塔气流的提升力，把净化处理烟气中残留的空 气有害物排入大气，尽管气流温度低，但是体积流量 较大，由此总流量较大，在多数天气情况下，都能够 达到比同等烟气从烟囱排出的提升高度高。 ③不设烟囱，节省了烟囱的费用。 ④经过脱硫净烟气与冷却塔气流的混合废气中空气有 害物相对含量（浓度）降低了，然而空气有害物总量 与净烟气中的量相比保持近似不变
5.3净烟道设计技术

脱硫后净烟气从中心孔高速排出，对“烟塔合一”冷却塔筒 壁产生腐蚀的可能性大大降低，有效缩短净烟道长度、降低
烟气阻力。为方便疏水，净烟道水平段设计有1。的倾斜角
度，并采用竖直管口向上排放。
5.4 入塔烟道的结构设计

入塔烟道的材质：入塔烟道内烟气具有较大的腐蚀性，且过 流断面大，支撑跨度长，对其材质的采用要求就比较高，一 般选用玻璃钢材料。 入塔烟道的支撑结构：入塔烟道由塔外钢架及塔内的立柱支 撑。塔外钢架及塔内立柱的设置应视脱硫装置与塔体间的距 离经对烟道的强度计算后确定。
4.1对塔内气体 流动工况的影响
烟气中残余二氧化硫和飞灰一般不会对循环冷却水
造成污染。
“烟塔合一”冷却塔的防腐问题：混凝土结构及构 件的防腐（耐酸水泥 或是防腐涂料）、淋水装置组 件防腐（PVC或玻璃钢）、塔内外金属构件防腐。
4.2 对循环冷却水水质的影响

循环水系统浓缩倍率增大 冷却塔内通风量的增加带来的是冷却效率的提高， 循环水的蒸发损失量增加。在保证水平衡的基础上 ，维持循环水的排污水量不变，循环水中的盐类比 重就会升高，浓缩倍率将增加。而机组实际运行中 ，循环水浓缩倍率是有限值的，这就须要加大循环 水排污，循环水的补水量也随之增加。
1. “烟塔合一ຫໍສະໝຸດ Baidu技术国内外研究现状 2. “烟塔合一”技术特点及应用条件
目
3. “烟塔合一”技术应用对环境的影响 4. “烟塔合一”技术应用对吸收塔的影响 5. “烟塔合一”工程设计技术 “烟塔合一”技术总结
录
1. 国内外的研究现状

20世纪80年代初，为节省较高的烟气再热器的投资费用、 有效降低脱硫系统的运行、维护费用，德国的一些部分电 厂开始尝试利用自然通风冷却塔排放湿法脱硫后的烟气， 以提高电厂的热效率和改善排烟的扩散效果。

目前，德国在运行的、采用“烟塔合一”技术的电厂，装 机总容量超过1200万千瓦，且机组投产后运行良好。结 合已有的工程经验，德国出台了“烟塔合一”技术应用的 相关技术标准和评价准则，在“烟塔合一”技术研究与应 用领域处于世界领先地位。
全世界已有四十多台机组采用了“烟塔合一”技术。我国 的华能北京热电厂二期等项目、哈尔滨第一热电厂项目等 也已采用该项技术，并已成功实施。

烟塔排放时的冷凝
经除尘、脱硫、脱销处理后的烟气进入冷却塔后 ，在上升排放过程中与温度较低的饱和湿空气接 触后会冷凝成雾滴，汇集大液滴后落入冷却塔水 池，进入循环水系统，烟气中的可溶性气体和固 体颗粒随之进入循环水系统，也会导致循环水杂 质和盐类浓度的升高。为了防止冷凝形成的酸性 物质腐蚀“烟塔合一”冷却塔的塔壁，在冷却塔 内外壁均需采取防腐措施，水池也不例外。