火电厂用冷却塔替代烟囱的探讨

　　随着社会生产力的发展和人们生活质量的提高，人们对环境质量愈来愈关注，对火电厂也提出了更高的环保要求。愈来愈多的电厂将视其煤质情况和环保要求对烟气进行脱硫处理，甚至于进行脱硝处理。在某些采用石灰石湿法脱硫（以下简称FGD）的系统中，经脱硫后的烟温约50 ℃，若不加热则可能带来烟囱排放困难。能否在采用自然通风冷却塔的电厂，将处理后的烟气通过冷却塔排放？本文试图对该问题做一些分析和探讨。
　　1、技术方案
　　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。
　　2、技术经济分析
　　2.1塔内气体流动工况的变化分析
　　与常规做法不同，烟气不通过烟囱排放，而被送至自然通风冷却塔。在塔内，烟气从配水装置上方均匀排放，与冷却水不接触。由于烟气温度约50 ℃，高于塔内湿空气温度，发生混和换热现象，混和的结果，改变了塔内气体流动工况。
　　2.1.1烟气进入对热浮力的影响
　　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.Δρ。g，式中　　he——冷却塔有效高度；Δρ——塔外空气密度ρk与塔内气体密度ρm之差。
　　下面，以某300 MW机组为例，做简要计算：已知f=10%的气象条件为θ1=25 ℃，Ψ1=78%，pamb=99.235 kPa，查有关图表或用公式计算出塔外空气密度ρk=1.152 kg/m3.
　　一般情况，塔内空气密度 ρm≈0.98 ρk=1.129 kg/m3，在标准大气压下，0 ℃时，烟气根据经验，一般煤质ρoy≈1.34 kg／Nm3.
　　经湿法脱硫后的烟温ty=50 ℃，考虑烟气x≈1%，水蒸气ρos=0.804 kg/Nm3，则可计算出进入冷却塔的烟气密度
　　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。
　　2.1.2烟气进入对塔内气体流速的影响
　　已知列举的300MW机组，冷却塔淋水面积Am=6500m2，塔内气体流速vm=1.07m/s，计算出塔内气体流量Qm=Am.vm=6955m3/s；再计算出排烟温度140℃时，排烟量约1 800 000m3/h（折合500m3/s）。换算为脱硫后50 ℃的烟气量（忽略除去的SO2气体，增加的水蒸气按经验为10%）：
　　进入塔内的烟气占塔内气体的容积份额：
　　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。
　　2.1.3烟气的进入对塔内阻力的影响
　　根据塔内阻力公式Δp=ξ（ρm 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。
　　2.2湿法脱硫后的烟气从烟囱排放存在着困难
　　烟气经石灰石（湿法）脱硫后，烟温一般在50 ℃左右。由上例知，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，可见，经脱硫后50 ℃的烟气通过烟囱排放存在着困难。否则，不得不对50 ℃的烟气进行加热，这样，势必导致系统复杂，初投资及运行费用增加。
　　2.3烟气通过冷却塔排放对环境的影响
　　据国外研究机构的研究成果表明，通过冷却塔排放的烟气，其抬升高度能满足环保要求，在此不再详述。
　　2.4烟气中残余二氧化硫和飞灰不会对循环冷却水造成污染
　　经脱硫和高效除尘后，烟气中残余二氧化硫和飞灰含量低，二氧化硫（包括三氧化硫）露点温度相应降低，在塔内结露的可能性小。加之二氧化硫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，烟气中残余二氧化硫和飞灰不会对冷却塔和循环冷却水产生污染。在实际工程运用前，还可以通过试验获取数据并进行分析。
　　2.5投资节约分析
　　采用烟气通过冷却塔排放方案后，根据二氧化硫吸收塔设备及运行可靠性情况，可以根据环保和技术要求另设置简易低矮的事故旁路烟囱。因此，可以节约永久性烟囱的投资。同时，烟气不需再加热，系统简单，运行费用和初投资也可降低。
　　2.6使用条件限制
　　该方案在工程运用中受到以下条件限制：
　　a）必须在采用了冷却水再循环和自然通风冷却塔的火电厂方可应用；
　　b）必须对烟气进行高效除尘和脱硫（或脱硫脱硝）处理；
　　c）在总平面布置上，冷却塔的位置与炉后脱硫塔相距不远。
　　3、工程运用实践
　　据悉，国外也在这方面进行着探索和试验，效果尚令人满意。
　　4、结束语
　　在采用冷却水再循环和自然通风冷却塔的火电厂，对烟气采用了高效除尘和脱硫（或脱硫脱硝）处理后，在技术、经济、安全比较的前提下，可以考虑烟气通过冷却塔排放。并视脱硫塔可靠性情况和事故率大小，设置低矮的事故烟囱，不再建设永久性烟囱，从而降低造价和运行费用。

　　陈朴