烟塔合一技术特点和工程数据_林勇

收稿日期:2004-09-25

作者简介:林勇(1961-),男,广东中山人,高级工程师.

烟塔合一技术特点和工程数据

林 勇

(华能国际电力股份有限公司,北京 100031)

摘要:剖析了德国烟塔合一技术特点和工程数据。烟塔合一技术可以提高能源效率,简化烟气系统设计,减少烟囱和GG H 换热器,可以合并锅炉引风机和脱硫增压风机,降低电厂建设费用,有利于降低发电成本。更为重要的是,烟塔合一技术可提高脱硫后净烟气的抬升高度,有利于降低污染。关键词:烟塔合一;湿法脱硫;抬升高度;冷却塔;净烟道

中图分类号:X169 文献标识码:A 文章编号:1001-6929(2005)01-0035-05

国内新建火电厂开始大规模脱硫后,广泛采用了湿法脱硫技术。电力行业面临如何处理脱硫后烟气热量低、含湿量大的技术问题。对电厂内部来讲,脱硫后净烟道、旁路烟道和烟囱造价大幅度上升;对环境管理来讲,脱硫后(低热、湿)烟气从烟囱排放污染特点如何,国内经验还不多。因此脱硫烟气排放成为电力行业和环境管理部门共同关注的一个问题。

烟塔合一技术是利用冷却塔巨大热量和热空气量对脱硫后湿烟气进行抬升,在大多数情况下,其混合气体的抬升高度远高于比冷却塔高几十~100m 的烟囱,从而促进烟气内污染物的扩散。同时,该技术可提高电力系统能源利用效率,简化电厂烟气系统的工艺设计,在一定程度上降低电厂投资。

德国从1982年开始建设烟塔合一的火电厂,现已运行的电厂有20多座,并对一批老机组也进行了改造,近年来新建机组基本都采用了烟塔合一方式。华能集团公司计划在北京热电厂脱硫改造后采用烟塔合一方案,并已对德国尼德劳森(Niederausse m )和黑泵(Schwarze Pumpe)电厂进行了考察。

1 烟塔合一技术

德国火电厂烟气脱硫主要采用石灰石湿法脱硫技术,脱硫后的净烟气达到烟气饱和温度点,一般为45~65 。为增加脱硫后烟气抬升高度,电厂只能在采用

对烟气再加热方式从烟囱排放和借助冷却塔热空气抬升烟气从冷却塔排放2种方式中选择。1977年德国研究技术部和Saarbergwergwerke AG 公司联合设计了V lklingen 电厂,该厂烟塔合一机组于1982年8月开始运行,1985年完成一系列测评。自此烟塔合一技术在德国新建厂广泛采用,同时部分老机组也完成改造工作。目前采用烟塔合一技术运行的20多座电厂,装机总容量超过12000MW,最大单机容量已达到978

MW 。德国主要采用烟塔合一技术的电厂见表1。

表1 德国主要烟塔合一电厂[1]

Table 1 The power plan t name list of NDC T wi th flue

gas rejection in German

电厂燃煤种类机组数 台单机容量 MW

总容量 MW Neurath 褐煤2

1100

2200Niederaussem 褐煤3900Fri mmersdorf 褐煤2400Weis weiler 褐煤2300Boxberg 褐煤

1900900

J nschwalde 褐煤65003000Schwarze Pumpe 褐煤28001600Lippendorf 褐煤29201840V l klingen 烟煤1300300Rostock D 烟煤1500500Staudinger 5

烟煤

1

510

510

德国环境界认为,由于冷却塔热空气的作用将脱硫后净烟气抬升排入大气,其抬升效果比传统的烟囱排放要好。

一台300MW 机组锅炉排放的烟气量约为100万m 3

h,烟气排放温度120 时其热量为燃烧总热量的5%,含水量为8%。而脱硫后净烟气的湿度(饱和点为45~65 )大幅度增加,即使将烟气加热到80 ,实际排放温度仅在72 左右,绝对含热量大幅度降低,靠对烟气加热其抬升高度也难以提高。而采用烟塔合一方式可以借助汽轮机循环冷却水放出的巨大热量增加脱硫后净烟气抬升高度,对于300MW 凝气机组循环冷却水放热为锅炉热量的40%~45%,按照年均气象条件估算冷却塔热空气量约为1800万m 3

h,脱硫净烟气和冷却塔热空气量之比为1 18,二者混合后总热量上升到锅炉热量的50%,而且混合气温度常年较环境温度高12~18 左右。在风速较小的条件下,脱硫后净烟气的抬升高度借助于冷却塔热空气作用被大幅度提高,从而有利于降低烟气中剩余污染物的地面浓度。

第18卷 第1期

环 境 科 学 研 究Research of Environmental Sciences

Vol.18,No.1,2005

图1为RWE 电力集团环保公司提供的V lklingen 电厂烟塔合一和烟囱排放烟羽的 照相 对比图。其中烟囱标高为170m,在距离排放点附近抬升很快,之后烟气中心高度基本停留在450m,烟羽轮廓上下宽度较大;虽然烟塔合一冷却塔标高仅为100m,由于其总含热量较大,冷却塔烟羽在排放原点中等距离处的抬升高度迅速超过烟囱烟气抬升高度,达到600m 仍然缓慢上升,最后在700m 时升势趋缓,其烟羽的轮廓较烟气要窄,

扩散的距离更远。

图1 烟塔合一和烟囱排放烟羽抬升对比Fig.1 The gas outlet discharge between natural

braft cool tower and chimney

德国SHL 公司提供了有关V lklingen 电厂烟塔合一资料:脱硫净烟气流量为75 6万m 3

h,燃用烟煤时

脱硫净烟气温度为50 ,排放的SO 2小于400mg m 3

,冷却塔高度100m,冷却循环水量1 656万t h,但环境

温度为6 时,热空气流量为1740万m 3

h 。烟塔合一投产后在1984年11 12月进行了冬季塔的技术监测和大气扩散测量,在1985年5 6月进行了同样工作。从2架飞机上观测到冷却塔排放的烟气比烟囱排放的烟气更加稠密,上升时间也更长。因而冷却塔排放烟气的扩散抬升高度更高,其污染比烟囱排放的烟气要小。

2 尼德劳森和黑泵电厂烟塔合一技术概况

2.1 尼德劳森电厂

RWE 电力集团的尼德劳森电厂是一个具有几十年历史的老厂,位于德国科隆市西30km 。新扩建之前电厂已装有2 150MW,4 300MW,2 600MW 等8台机组,共计2700MW 。

尼德劳森电厂新建烟塔合一机组为978MW 燃烧褐煤的超临界机组,于2002年11月启动运行。锅炉为Alstom-E VT 生产的塔型炉,燃烧器八角布置单切圆燃烧,采用低氮燃烧器,没有建设脱氮设备。烟气分二路分别进入2套石灰石石膏湿法脱硫塔,脱硫后净烟气在脱硫塔顶部直接水平进入冷却塔中心(下倾角为1 )。烟塔合一设计脱硫后净烟气流量2 191万m 3 h,对应冷却塔热空气量为8208万m 3 h 。尼德劳

森电厂全景见图2。

图中新扩建的978MW 机组从锅炉、脱硫塔、

净烟道和冷却塔一线布置

图2 尼德劳森电厂全景

Fig.2 The panorama picture of Niederaussem Power Plant

电厂其他机组也均进行了烟塔合一改造。改造机组采用烟塔合一后,对旧烟囱进行了部分拆除后将顶

部封闭,见图3。

图3 尼德劳森电厂原有机组烟塔合一改造后净烟道走向

Fig.3 The clean gas ducts tend towards i n origin units of Niederaussem Power Plant

2.2 黑泵热电厂

黑泵热电厂在柏林东南方向约130km 处,该电厂原有一些小型供热机组,通过将小机组拆除建成2台发电能力为800MW 的大型供热机组。2台新机组建成后较原来老厂少排放91%的SO 2。

新建机组为2 800MW 超临界发电机组,凝汽工况电厂发电效率41%,供热时电厂发电效率可达到55%。电厂从1993年建设第1台机组,1997年3月发电,第2台机组于1998年投产发电。电厂锅炉仍为Alstom-E VT 生产的塔型炉,燃烧器采用低氮燃烧器(无脱氮装置),锅炉高160m,锅炉蒸发量2420t h 。在电除尘和脱硫装置中间布置给水加热装置将烟气由170 降至130 后分别进入2套脱硫装置,脱硫后净

烟气量为2 195万m 3

h,从脱硫塔顶部下弯降低高度后水平进入冷却塔中心,对应冷却塔热空气量为4073万m 3

h,见图4。

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