烟塔合一

4.3 冷却塔本体防腐设计
• 烟气经过脱硫后仍含有低浓度的SOx 和 NOx，与湿空气混合后，只要塔壁内温度 达到结露点，上塔壁的内表面将被低浓度 的酸（pH 值3.5 到6.0）或直接被浓缩蒸汽 化学腐蚀。为了克服这一缺陷，通常在塔 壁内表面施以厚度不小于150 μm 的聚丙稀 环脂涂层。
• 然而考虑到电站应尽量减少启停，对冷却 塔巨大的塔壁内表面积进行必要的多次维 护几乎是不可能的。为了解决这个问题， 德国目前发展了命名为SRB－ ARHPC85/35 的新型高抗酸性高性能混凝 土并得到成功应用。这种混凝土的改进成 分是高浓度的混凝料和少量的水泥。它经 过特殊的设计和严格的测试具有高强度、 高结构密度和高抗冻性，为烟塔合一的冷 却塔耐久性的扩展提供了一个改进的材料 平台。
• 烟气中残余SO2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SO2和飞灰含量降低，SO2（包括 SO3）露点温度相应降低，在塔内结露的 可能性小，加之SO2 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SO2 和飞灰不 会对冷却塔和循环冷却水产生污染。
7.利用冷却塔排放烟气还存在的 问题
• 利用冷却塔排放烟气是一种技术先进，经 济适用的方法。在国外已有十几年的成功 经验，在技术上是完全可行的，在投资上 是节省的。以下问题需要我们做更进一步 的研究。
• 烟气排入冷却塔后对冷却塔热力性能的影 响。 • 烟气排入冷却塔后对循环水质的影响。 • 烟气对填料、通风筒的污染和腐蚀及其防 治措施的分析研究。 • 进塔烟道材料及结构形式的研究。 • 通风筒上有较大开孔时其结构稳定性分析。
• 此项技术在国外从70 年代就开始研究，通 过不断的试验、研究、分析和改进，已日 趋成熟，以德国的SHU 公司和比利时的 Hmaon Sobelco 公司为代表。在德国新建 火电厂中，已经广泛地利用冷却塔排放脱 硫烟气，成为没有烟囱的火电厂。2003年 投产的1，000 MW 级Neideraussem电厂 也采用此项技术，应该说该技术是成熟可 行的。
• 随着我国对环保的要求越来越高，电厂脱 硫势在必行。我们若在吸收国外对这一问 题的试验研究成果和运行经验的基础上， 把这项技术应用于我国的电力建设工程， 将取得技术先进、经济合理、运行可靠、 改善环境等综合效益。
2.工艺流程
• 下图为烟气通过冷却塔排放的工艺流程。 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。
4.4 湿烟气的烟道设计
• 早期烟塔合一的冷却塔采用低位开洞和塔 内烟气均布方式。随着技术的进步，改为 清洁烟气从相对较高处的管子流入冷却塔。
• 湿烟气的烟道通常由玻璃纤维加强树脂管 制成，这种材料比重小，只有钢材的1/3， 而且抗酸腐蚀。烟道的重量由塔外钢架及 塔内立柱支撑，为了减少烟道长度和烟气 系统阻力以及便于疏水。烟道通常采用下 倾角为1°、接近水平地通入冷却塔内，排 烟装置一般采用竖直管口向上排放，以保 证烟气垂直向上，竖直向上出口高度原则 上为烟道直径的1.5 倍。烟道出口直径应保 证烟气以较高的速度排出，烟气排出速度 通常为16～20m/s 以增强烟气抬升的效果。
5.2 扩散效果
• 尽管传统烟囱一般比双曲线冷却塔要高，烟囱排 放的烟气温度也比冷却塔排出混合气体的温度要 高。但由于烟气与冷却塔中的水气混合后，大量 的水气能将烟气分散、冲淡，这种大量的混合气 流有着巨大的抬升力，能使其渗入到大气的逆温 层中；另一方面，这种混合气流还具有一种惯性， 使其对风的敏感度比烟囱排出的烟气对风的敏感 度要低，后者极易被风吹散，如下图所示。在可 比的情况下利用冷却塔排放的烟气比烟囱排放的 烟气气流更大，上升的时间也更长，扩散高度更 高，因而我们认为利用冷却塔排放烟气的污染比 烟囱排放低。
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4.2 冷却塔本体的结构设计
• 烟塔合一冷却塔与众不同之处是清洁烟气 流入塔内的入口通常会引起应力集中，进 而使塔壳强度急剧下降，为了减小这些反 应对塔壁的扰动，将烟气入口设在一个相 对较高的位置，一般在淋水层除水器的上 方，此处壳体较薄，这样对稳定性很重要 的壳体下部就不会产生大的影响。
• 由于开孔会引起壳体稳定性降低，孔的周 围要通过加强来补偿，补偿的措施一般为 增加塔壁厚度，架设封闭肋梁和洞口加固 钢筋。其目的是为了使塔在各种荷载作用 下的形状与不开孔的相同。 • 即使经过加强，塔壳开口的不对称性和初 始的非对称土壤条件还是会导致塔壳弯曲， 因此要对其进行模拟计算。由于自然通风 冷却塔是极薄的壳型结构，厚高比几乎是 蛋壳的三分之一，所以计算这样薄的壳型 结构要按照弯曲理论，同时要考虑形状的 不连续性、单一荷载等方面的因素。
4.烟塔合一的设计原则
• • • • 4.1 最低热负荷设计 4.2 冷却塔本体的结构设计 4.3 冷却塔本体防腐设计 4.4 湿烟气的烟道设计
4.1 最低热负荷设计
• 脱硫后烟气在冷却塔中心、淋水层上方高 速排放时汽轮机凝汽器的循环冷却水量不 能低于设计值的50%或者不能低于冷却塔 热负荷的30%。
火电厂烟塔合一技术
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1.概述 2.工艺流程 3.烟气对冷却效率的影响 4.烟塔合一的设计原则 5.冷却塔排烟与烟囱排烟的比较 6.烟气通过冷却塔排放对环境的影响 7.利用冷却塔排放烟气还存在的问题 8.冷却塔的发展方向
1.概述
• 烟塔合一技术是将火电厂烟囱和冷却塔合 二为一，取消烟囱，利用冷却塔排放烟气， 冷却塔既有原有的散热功能，又替代烟囱 排放脱硫后的洁净烟气。
5.3 提高电厂效率
• 由下图可以看出，采用“烟塔合一”技术 时，烟气温度从130℃降到90℃的热量，不 必再加热从脱硫装置出来的烟气，使之从 60℃加热到90℃，而可以加热其他水系统， 如补给水或凝结水，从而提高了整个电厂 的热效率。粗略估计，如果设计得当，可 以提高电厂效率0.7%左右，这是一个很可 观的经济效益。
6.烟气通过冷却塔排放对环境的 影响
• 对于烟气脱硫的电厂采用烟塔合一排放烟 气在技术和经济上是有竞争力的，但环保 是人们关心的另一个大问题。对于大型的 机组，烟囱的高度高达200多m，而冷却塔 的高度为100多m，高度相差很大，但两者 排放烟气和热抬升高度及扩散效果是相当 的。
• 烟气的热抬升高度主要取决于三个因素， 即排气筒的高度、烟气与环境的温差和烟 气的热释放率的大小。而烟气与环境的温 差最终也反映在烟气的热释放率的大小上。 由于烟气通过冷却塔排放，烟气和冷却塔 的热汽团混合一起外排，具有巨大的热释 放率。对于一个大型电厂来说，汽轮机的 排汽通过冷却水带走的热量按热效率分摊 占全厂的50% 左右，而通过锅炉尾部烟气 带走的热量只占全厂的5% 左右，差别非常 之大，这就是通过冷却塔排放烟气与通过 高度较高的烟囱排放烟气其烟气的最终抬 升高度与扩散效果相当的主要原因。
5.采用冷却塔排烟与烟囱排烟 方案比较
• 5.1 投资情况 • 5.2 扩散效果 • 5.3 提高电厂效率
5.1 投资情况
• 常规烟囱排放烟气，除了烟囱的基建投资 外，还有气热交换器的投资，钢结构、基 础和烟道的投资，气热交换器的运行、保 养费。用冷却塔排放烟气则不需要这些投 资和费用。但又由于冷却塔中增加了烟气 的排放，烟气中残留的化学成份多为酸性， 会腐蚀混凝土及钢筋，因此需要采取更强 的防腐措施或耐酸高强度混凝土，这部分 会使冷却塔的投资增加5%～7%。据称，冷 却塔排放烟气总费用将节约30%。
8.冷却塔的发展方向
• 随着电厂机组容量的增大，单靠增加冷却塔的淋水面积来 提高冷却效率是十分有限的。在自然通风冷却塔中，将热 水冷却的冷却气流是由塔的烟囱作用产生的。浮力与冷却 塔内水气和周围大气之间的密度差成正比，与塔的有效高 度成正比。提高冷却塔的有效高度不但可以提高冷却塔的 冷却效率，而且也提高了塔内混合气体的流速。另一方面， 新型高效淋水填料的出现也要求提高塔内气流流速与之相 适应。因此，冷却塔填料部分的塔壳直径在一定条件下可 以保持不变，仅增加冷却塔的高度，这样水力设备及净化 气管道不变，因此对成本费用没有影响，既满足了机组对 冷却水温的要求，也提高了水气的排放速度。这种高而细 长的冷却塔被称为“冷却塔烟囱”。从国外近年来大型冷 却塔的发展趋势来看，这种被称为“冷却塔烟囱”的构筑 物应当是我国冷却塔的发展方向。
• 烟气经石灰石脱硫即湿法脱硫后，烟温一 般在50℃左右，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的烟 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，至使 经脱硫后50℃的烟气通过烟囱排放存在着 困难。此外，利用传统的烟囱排放，为防 止温度低于露点而导致烟囱内腐蚀，必须 将烟气加热至85～95℃，这样，势必导致 系统复杂，初投资及运行费用增加，因此， 烟塔合一技术应运而生。
3.烟气对冷却效率的影响
• 烟气进入冷却塔后会引起冷却塔抽力和阻 力的变化，而在自然通风冷却塔中，抽力 和阻力是决定冷却塔冷却效率的关键因素。 抽力的增加可提高冷却效率，阻力的增加 可降低冷却效率。
3.1 烟气进入对抽力的影响
• 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 g
式中 he ———冷却塔有效高度； ———塔外空气密度 k 与塔内气体密 度 m 之差。
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。
3.2 烟气进入对塔内气体流速的影响
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。
3.3 烟气的进入对塔内阻力的影响
• 根据塔内阻力公式
p
m 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。
从以上三方面的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。