“烟塔合一”技术浅述

“烟塔合一”技术浅述
刘婷张文涛
（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司秦皇岛市066001）
摘要“烟塔合一”是将烟囱放置于双曲线冷却塔内，通过冷却塔热空气抬升烟气的技术。

采用此技术具有降低烟气污 染物最大落地浓度、节省烟道系统投资、降低排烟温度提高能源效率等优点，但也存在其特有的技术限制。

在国内大气污染物排放标准日益严格的情况下，采用烟塔合一技术在技术上是可行的，具有一定经济效益和环境效益。

关键词烟塔合一环境保护烟囱冷却塔
中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：1003-1987（2019）09-0053-04
A Brief Introduction to the"Smoke Tower Integration"Technology
LIU Ting,ZHANG Wentao
(Qinhuangdao Glass Industry Research and design Institute Company Limited,Qinhuangdao,066001) Abstract:"Smoke tower integration"is a technique in which a chimney is placed in a hyperbolic cooling tower to raise the flue gas through the cooling tower's hot air.The use of this technology has the advantages of reducing the maximum concentration of flue gas pollutants,saving the investment of the flue system, reducing the exhaust gas temperature and improving energy efficiency;however,there are also unique technical limitations.In the case of increasingly strict domestic air pollutant emission standards,the use of smoke tower integration technology is technically feasible and has certain economic and environmental benefits.
Key Words:smoke tower integration,environmental protection,chimney,cooling tower
0引言
烟塔合一技术最早于上世纪70年代末出现在德国，80年代初在德国试验性建设并在随后几年获得成功，并逐渐推广至欧洲各国。

我国火力发电行业在本世纪初引进此技术，并在其行业内获得认可。

由于其在环保效益方面的优势，在近十年我国环保要求日趋严格的情况下，烟塔合一逐渐成为许多新建发电项目的重要技术之一。

1概念
烟塔合一技术是指烟囱和双曲线冷却塔的融合统一，从而取代传统烟囱。

1.1烟囱
在火电行业及建材行业余热发电系统中，烟囱是一种为锅炉燃烧及净化后的热烟气提供通向大气环境的构造物。

烟囱通常是与地面垂直的上小下大圆锥形状，以使内部烟气平稳向上流动形成自升力。

余热电厂烟囱一般为砖砌烟囱和钢筋混凝土烟囱。

由于外界冷空气和烟囱内热烟气的密度差使烟囱产生升力，这就是热烟气的烟囱效应，产生的升力就是烟囱的自升风。

此外，足够高的烟囱可以使空气中的化学物质在到达地面之前部分或完全自我中和，并使大气污染物在更大面积上的扩散以降低其最大落地浓度，符合相关污染物排
作者简介：刘婷（1985-）,女，工程师，主要从事环境影响评价工作。

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放标准限制的要求。

所以，受大气污染物排放标
准限制要求，目前，烟囱的高度应符合相关生态 环境保护主管部门对项目已批复的环境影响报告
书（表）的要求。

1.2冷却塔
冷却塔是用水作为循环冷却剂，从火电行业
及建材行业余热发电工艺系统中吸收热量排放至大 气中，以降低水温的装置；为了冷却汽轮机排出的 蒸汽，使之凝结为水，循环回用于锅炉，并维持汽
轮机排汽侧真空度，电厂其他设备冷却等都需要用
到冷却水。

一般每凝结1 t 蒸汽需要用50〜80 t 的冷 却水，全厂总冷却水用量是很可观的。

目前，火电行业及建材行业余热发电系统应 用最广泛的冷却设施是冷却塔。

常用的冷却塔主 要可分为机力通风冷却塔和双曲线自然通风冷却
塔。

通常6MW 及以下机组主要使用机力通风冷 却塔，而12 MW 及以上机组宜选用双曲线自然通
风冷却塔，视机组条件及经济对比也可采用机力
通风冷却塔。

其主要区别在于，机力通风冷却塔
占地、投资小但运行成本高（电力消耗大）；双 曲线自然通风冷却塔占地、投资大但运行成本低 （没有电力消耗）。

两类冷却塔示意如图1。

图1 冷却塔示意图
1.3烟塔合一
烟塔合一是指将前文说述的烟囱和双曲线自
然通风冷却塔合并，将烟气通过冷却塔排放。

烟
塔合一技术取消了电厂烟囱，将经过除尘、脱硫 和脱硝的净烟气经自然通风冷却塔内的热空气抬
升，并排放到大气中。

典型烟塔合一如图2
所示。

风机
A
:水系统
风筒
空气分配区
除水器
配水系统
进风口
集水池（A ）机力通风冷却塔
图2 “烟塔合一”示意图
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2烟塔合一的技术特点
2.1采用低温烟气排放
自然通风冷却塔可以采用烟塔合一的布置来代替高大的独立烟囱，只需在冷却塔内放置一个40〜60m高的塔内烟囱（外置式）或直接将整个脱硫塔及烟囱布置在冷却塔内（内置式）。

由于冷却塔内的优越条件，塔内热空气给受热后的烟气提供了一个巨大的抬升力。

由于有了冷却塔热空气提供的抬升力，烟气不需要高温排放，一般脱硫后的低温烟气为45〜65兀，即可直接进入冷却塔排放。

此外，烟气流量仅为塔内原热空气流量的2%左右，塔内巨大的空气流量包裹在烟气外围形成一个空气保护层，对原冷却塔内流场影响很小，对冷却塔总阻力负面影响也很小。

2.2降低污染物最大落地浓度
采用烟塔合一，烟气抬升高度显著提高，有利于大气污染物的稀释和扩散。

与烟囱排烟相比，由于自然通风冷却塔巨大的出口尺寸和几何形状，可以提供较大的空气出口流速，离开冷却塔的烟气抬升高度高且总热流量、体积流量均较大，在大多数天气条件下，烟气抬升高度远高于比冷却塔高数十米的烟囱，利于污染物的稀释和扩散，有利于环境保护。

虽然烟囱高度比自然通风冷却塔高度高，但排烟气团稳定高度及扩散距离比冷却塔均小。

170m烟囱排烟气团稳定高度为450m左右，而100 m高的自然通风冷却塔排烟气团稳定高度可达到700m。

其对比图如图3所示。

冷却塔排烟
烟囱排烟
恤S
%
123
距离/km
1000
500
图3烟塔合一技术与烟囱排烟抬升高度对比图由图3可见，除了烟气稳定高度外，利用冷却塔排放的烟气上升的时间也更长，在扩散至3km时仍在缓慢抬升，且扩散高度更高。

烟气中的污染物浓度随着烟气高度的抬升，经空气稀释扩散，降低最终落地浓度，从而保护环境。

采用环评计算工具“进一步预测推荐计算预测模型AUSTAL2000”计算结果表明，采用烟塔合一排烟，烟气中SO?、NO八颗粒物等污染因子最大地面浓度均小于普通烟囱排烟。

2.3节省烟道系统投资
（1）由于烟气可以通过冷却塔排放，可节省烟囱；
（2）由于烟气可以低温排放，可以省去湿法脱硫系统中的烟气再热装置（GGH）；
（3）合并锅炉引风机和脱硫增压风机，从而取消增压风机；
（4）简化烟气系统设计，减少烟道的费用。

2.4提高能源效率
采用烟塔合一技术，可以降低烟气排放温度，这部分热量可以通过在锅炉尾部增加热交换器，用烟气加热给水实现。

如图4和图5所示。

图4常规烟囱排烟的烟气系统
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图5烟塔合一的烟气系统
3烟塔合一技术限制要求
烟塔合一技术也有一定限制：
（1）冷却塔腐蚀
即使烟气已经经过严格的除尘脱硫和脱硝措施，但仍会有部分污染物残余，女nso2和NO*等会与塔内热气流中水分反应后形成酸性腐蚀物质，会腐蚀塔筒，沉淀堆积后可能影响循环水水质。

所以，采用烟塔合一方案时，需前置完整的烟气净化系统，如除尘、脱硫及脱硝系统等。

（2）备用措施
由于取消了烟囱，脱硫（或脱硫脱硝）和除尘设备运行出现故障时，烟气污染物含量较多，为保护冷却塔，则不允许未净化的烟气直接进入冷却塔，此时需要增加备用净化设备或旁路排出。

（3）气候限制
有研究资料表明，在小风（风速V0.5m/s的持续时间超过72h）或静风（近20年统计的全年风速V0.2m/s频率超过35%）条件下冷却塔排放的烟气较烟囱有明显的抬升，利于烟气中污染物的扩散。

但是风速在4.5m/s以上时，冷却塔排放的烟气抬升会低于烟囱。

（4）占地限制
虽然省去了烟囱、增压风机等设备，但冷却塔占地面积仍较大。

4结语
烟塔合一技术在国外已成功应用了近20年，在国内，随着大气污染物排放标准限值要求的提高，在火电行业已有多例成功案例，在技术上是可行的。

在对玻璃行业余热发电系统中单机12 MW以上机组进行投资、运行成本比较后，也可考虑采用烟塔合一技术。

2018年新颁布实施的HJ2.2—2018《环境影响评价技术导则-大气环境》，首次在大气环境影响评价工作中提出了进一步预测推荐计算预测模型AUSTAL2000,此模型针对烟塔合一源排放做出了指导和要求。

这是首次在环境标准中提出了针对性的措施方法，为“烟塔合一”技术环境评价提供了有力支持。

参考文献
[1]锅炉房实用设计手册编写组•锅炉房实用设计手册（第
二版）[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]吴味隆•锅炉及锅炉房设备（第五版）[M].北京：中国建
筑工业出版社,2014.
[3]HJ2.2—2018,环境影响评价技术导则-大气环境[S].
[4]GB26453—2011,平板玻璃工业大气污染物排放标准[S].
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