燃煤電廠“煙塔合一”模式下循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

何世德，李 銳，張占梅，周 于

(重慶遠(yuǎn)達(dá)水務(wù)有限公司，重慶 400039)

燃煤電廠“煙塔合一”模式下循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

何世德，李 銳，張占梅，周 于

(重慶遠(yuǎn)達(dá)水務(wù)有限公司，重慶 400039)

1 煙塔合一發(fā)展趨勢(shì)

煙塔合一技術(shù)，即取消火電廠煙囪，將經(jīng)除塵、脫硫后的凈煙氣由自然通風(fēng)冷卻塔排入大氣的技術(shù)。采用該技術(shù)后，不僅可節(jié)省工程投資、提高能源效率、降低運(yùn)行成本，而且還不會(huì)影響冷卻塔的熱力效果、煙氣的排放也可達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 煙塔合一的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

1.1.1 煙塔合一在國(guó)外的發(fā)展

煙塔合一技術(shù)最先在德國(guó)使用。1967年，德國(guó)提出煙氣與冷卻塔煙羽混合排放的概念。2003年投產(chǎn)的Neideraussem電廠(1000MW級(jí))也采用此技術(shù)。目前德國(guó)采用煙塔合一技術(shù)運(yùn)行的電廠有20多座，總裝機(jī)容量超過12000MW。煙塔合一技術(shù)在德國(guó)取得成功后，逐漸向世界其他國(guó)家推廣。如波蘭在1994年開始改造了亞沃滋諾電廠3號(hào)機(jī)組一座高120m、底部直徑95m的自然通風(fēng)冷卻塔，用于排放脫硫后煙氣［1］。

1.1.2 煙塔合一在我國(guó)的應(yīng)用

華能北京熱電廠一期工程4×830t/h超高壓塔式直流鍋爐配套脫硫工程引進(jìn)國(guó)外煙塔合一技術(shù)，是我國(guó)首個(gè)采用該技術(shù)的火電廠，2006-12-20投運(yùn)，至今運(yùn)行良好。脫硫系統(tǒng)設(shè)4座吸收塔，原煙氣經(jīng)吸收塔凈化后通過120m高的自然通風(fēng)冷卻塔排入大氣。河北三河發(fā)電廠二期工程2×300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組配套脫硫項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)首個(gè)國(guó)產(chǎn)化煙塔合一項(xiàng)目［2］。目前在建煙塔合一項(xiàng)目還有遼寧大唐國(guó)際錦州熱電廠、大唐哈爾濱第一熱電廠和天津東北郊熱電廠一期等。

1.2 煙塔合一技術(shù)趨勢(shì)

火電廠煙氣脫硫主要采用石灰石濕法脫硫技術(shù)，脫硫后的凈煙氣達(dá)到飽和溫度點(diǎn)，一般為45～65℃。為增加脫硫后煙氣抬升高度可采取兩種方式:一是采用對(duì)煙氣再加熱從煙囪排放;二是借助冷卻塔熱空氣抬升煙氣從冷卻塔排放，即煙塔合一。

煙塔合一技術(shù)與常規(guī)做法不同，煙氣不通過煙囪排放，而被送至自然通風(fēng)冷卻塔，借助冷卻塔熱煙氣抬升。在塔內(nèi)，煙氣從配水裝置上方均勻排放入環(huán)境空氣中，與冷卻水不接觸。由于煙氣溫度高于塔內(nèi)濕空氣溫度，會(huì)發(fā)生混和換熱現(xiàn)象，對(duì)冷卻塔內(nèi)氣體流動(dòng)工況產(chǎn)生一定的影響。

煙塔合一技術(shù)對(duì)火電廠鍋爐煙氣的品質(zhì)有較高要求。如煙氣超標(biāo)，由冷卻塔排出可能使塔內(nèi)集水裝置產(chǎn)生污垢，冷卻水質(zhì)變壞，塔筒腐蝕嚴(yán)重。煙氣經(jīng)過高效除塵、脫硫處理后，其煙塵、SO2濃度可滿足要求。據(jù)目前國(guó)內(nèi)煙塔合一工程進(jìn)展情況及環(huán)境審批意見，采用煙塔合一技術(shù)，NOx排放濃度應(yīng)控制在200mg/m3以下(按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)控制)。低氮燃燒技術(shù)是達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，如采用煙塔合一，必須對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝處理。

從德國(guó)煙塔合一技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，采用煙塔合一技術(shù)可以提高電廠能源效率，簡(jiǎn)化煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少煙囪、GGH，節(jié)省脫硫系統(tǒng)占地面積，合并鍋爐引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)，降低電廠投資造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，有利于發(fā)電成本的降低;更為重要的是煙塔合一技術(shù)可以提高脫硫后凈煙氣的抬升高度，有利于降低環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境［3］。

2 煙塔合一對(duì)環(huán)境的影響

2.1 利于煙氣擴(kuò)散和保護(hù)環(huán)境

煙塔合一技術(shù)是利用冷卻塔巨大熱量和熱空氣量對(duì)脫硫后凈煙氣進(jìn)行抬升，靠冷卻塔氣流的提升力，把凈煙氣中殘留的有害物排入環(huán)境空氣中。盡管氣流溫度低，但是體積流量較大，故總流量較大，在大多數(shù)天氣條件下，其抬升高度都能夠高于同等條件下煙氣從煙囪排出的抬升高度。

采用煙塔合一方式，對(duì)于300MW凝汽機(jī)組循環(huán)冷卻水放熱為鍋爐熱量的40% ～45%，按照年均氣象條件估算冷卻塔熱空氣量約為1800萬m3/h，脫硫凈煙氣和冷卻塔熱空氣量之比為1∶18，二者混合后總熱量上升到鍋爐熱量的50%，且混合氣溫度常年較環(huán)境溫度高12～18℃左右。在風(fēng)速較小的條件下，脫硫后凈煙氣的抬升高度借助于冷卻塔熱空氣作用被大幅度提高，從而有利于降低煙氣中剩余污染物的地面濃度，有利于環(huán)境保護(hù)［4］。

2.2 冷卻塔腐蝕

借助冷卻塔空氣抬升煙氣，在塔內(nèi)生成的混合汽水及殘留物，會(huì)對(duì)冷卻塔筒壁、淋水架構(gòu)及淋水裝置組件等產(chǎn)生腐蝕及阻堵。

冷卻塔中混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的防腐主要采用耐酸水泥和防腐涂料，采用耐酸水泥效果較好。德國(guó)尼德勞森電廠新建978MW機(jī)組冷卻塔防腐采用耐酸水泥，運(yùn)行良好，但價(jià)格較高，且為保證耐酸水泥的強(qiáng)度固結(jié)時(shí)間，冷卻塔建造周期較長(zhǎng);德國(guó)黑泵電廠冷卻塔防腐采用防腐涂層，要求內(nèi)、外壁都進(jìn)行防腐，一般用耐腐蝕較強(qiáng)的涂料(如環(huán)氧樹脂)。淋水裝置組件一般采用PVC或玻璃鋼材料，具有較好的抗腐蝕性能［5］。

2.3 循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率增大

煙氣密度與填料上方空氣密度的差距越大，冷卻效率提高的幅度越大，則循環(huán)水的蒸發(fā)損失量越大。如果循環(huán)水的排污水量仍保持不變，煙氣與冷卻水有一定接觸，煙氣中的可溶性氣體和固體顆粒隨之進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，造成循環(huán)水中溶解性固體、懸浮物及含鹽量增加，系統(tǒng)形成污垢和結(jié)垢的傾向性增加。循環(huán)水中的雜質(zhì)和鹽類使?jié)饪s倍率增大，必須通過增加循環(huán)水量來減小循環(huán)水濃縮倍率。

2.4 循環(huán)水系統(tǒng)pH值降低

脫硫后凈煙氣仍含有一定量的SO2、SO3、NO、氯化物和CO2等有害氣體，凈煙氣進(jìn)入冷卻塔后在塔內(nèi)上升過程中與飽和熱濕空氣接觸，部分水蒸汽遇冷凝結(jié)成霧滴，霧滴在冷卻塔塔壁上聚集成較大的液滴，這些液滴因含有煙氣所帶的酸性氣體而呈現(xiàn)出較強(qiáng)的酸性，加劇循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕。

3 煙塔合一模式下循環(huán)水處理技術(shù)

3.1 循環(huán)水量及溫度

為保證冷卻塔的抬升效果，冷卻塔出口外混合氣體垂直上升速度必須達(dá)到3m/s(德國(guó)設(shè)計(jì)要求為3～6m/s)，這就要求進(jìn)入冷卻塔的循環(huán)水達(dá)到一定水量和溫度。對(duì)帶供熱機(jī)組的電廠，冬季大量供熱導(dǎo)致循環(huán)水量下降，但由于冬季時(shí)混合氣與環(huán)境氣溫的溫差也很大，其抬升并未因循環(huán)水量小受到明顯影響。夏季時(shí)，少量供熱導(dǎo)致循環(huán)水量急劇增加，全廠總的循環(huán)水量波動(dòng)較大，因此設(shè)計(jì)主要針對(duì)夏季的運(yùn)行參數(shù)［6］。煙塔內(nèi)的熱交換由于熱煙氣的進(jìn)入變得更加明顯，水損失量可能比常規(guī)冷卻塔高，其補(bǔ)充水量略增加。參照德國(guó)的設(shè)計(jì)，為保證脫硫后凈煙氣正常排放和抬升，煙塔合一的設(shè)計(jì)要求為汽輪機(jī)冷卻循環(huán)水水量不能小于設(shè)計(jì)值50%或者不能低于冷卻塔熱負(fù)荷的30%。

煙塔的冷卻水溫度由當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和運(yùn)行工況決定，一般取值夏季最熱工況，熱水溫度為25～35℃，極少數(shù)超過35℃，也有超過40℃的情況，如華能北京熱電廠;冷水溫度為15～25℃，個(gè)別達(dá)到31.5℃;冷卻水溫差為8～10℃。參照德國(guó)冷卻塔的運(yùn)行方式，控制循環(huán)水出塔水溫為13～15℃［7］。

3.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)材料和流速控制

德國(guó)電廠除了在循環(huán)冷卻水中添加藥劑外，還通過選擇耐腐蝕材料來減緩系統(tǒng)腐蝕。如以河水為補(bǔ)充水的開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，當(dāng)氯化物濃度小于500mg/L時(shí)，凝汽器管材料選擇 X5CrNi1810或CuZn28Sn1;端板和循環(huán)水管道選擇St37－2或HII環(huán)氧樹脂涂層，或者CuZn30Pb0.5;水室選擇St環(huán)氧化物、焦油樹脂或環(huán)氧樹脂涂層;小管道用鍍鋅管、不銹鋼管或厚壁塑料管如PP;管徑大于200mm時(shí)，有的還用塑料或橡膠內(nèi)襯鋼管，或玻璃鋼管等。

德國(guó)電廠凝汽器管內(nèi)冷卻水流速一般為1.5～2.7m/s，當(dāng)懸浮物含量較高時(shí)控制 1.5 ～2.2m/s，對(duì) B30 管道而言，應(yīng)控制流速為2.2 ～2.4m/s，以防止懸浮物沉積。國(guó)內(nèi)電廠凝汽器管內(nèi)流速一般為1.0～2.0m/s，有的電廠采取少開循環(huán)水泵的方式節(jié)能，因此流速有時(shí)小于1.0m/s。德國(guó)某電廠實(shí)際流速僅為0.67～1.0m/s，因此循環(huán)冷卻水中同樣的懸浮物含量，在德國(guó)電廠可能不會(huì)發(fā)生沉積和形成污垢等問題，即使沉積，仍可以利用機(jī)組停運(yùn)進(jìn)行清理;但對(duì)于國(guó)內(nèi)電廠，低流速可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的沉積問題。因此，在進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)管理時(shí)應(yīng)引起足夠重視，即依據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，適當(dāng)提高流速［8］。

3.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)

通過冷卻塔排放濕法煙氣脫硫凈煙氣，會(huì)使一定量的污染物進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，導(dǎo)致循環(huán)水雜質(zhì)增加，pH值降低，電導(dǎo)率升高，系統(tǒng)腐蝕速度加快。循環(huán)水水質(zhì)、水量波動(dòng)性大，而依據(jù)人工檢測(cè)進(jìn)行調(diào)控，一方面工作量大量增加，另一方面也難以實(shí)現(xiàn)即時(shí)控制;而采用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)，不僅可優(yōu)化藥劑投加量，且可自動(dòng)控制排污，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的穩(wěn)定和水量的平衡。煙塔合一模式下循環(huán)水懸浮物的含量，一般要求滿足普通循環(huán)水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)即可，但由于脫硫凈煙氣帶入的石膏等影響，循環(huán)水中懸浮物含量增加，需要加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督和定期清理，循環(huán)水系統(tǒng)采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)是一種可行的辦法。

3.4 對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行深度處理

深度處理一方面可以穩(wěn)定補(bǔ)充水水質(zhì)，另一方面適當(dāng)提高循環(huán)水的堿度，維持循環(huán)水的pH值在8.0～8.3左右，解決酸性帶來的腐蝕問題。在無法向冷卻塔大量補(bǔ)水時(shí)(如每年高負(fù)荷期間)，設(shè)計(jì)一個(gè)容量不太大的旁流處理系統(tǒng)。在負(fù)荷較低時(shí)，不斷更換冷卻水。在缺水地區(qū)和補(bǔ)充水源較特殊(如補(bǔ)充水為城市污水)的電廠，不適宜采取大量換水的方式，建議采取旁流處理方式。實(shí)施煙塔合一工程后無法停運(yùn)檢修沖洗，也可采用旁流處理控制水質(zhì)。采用旁流處理系統(tǒng)能有效清除殺菌滅藻時(shí)剝離的懸浮物，同時(shí)還能去除FGD帶入的大量煙塵、石膏等雜質(zhì)。

3.5 循環(huán)冷卻水穩(wěn)定劑的使用

火電廠冷卻水在冷卻塔長(zhǎng)期循環(huán)使用，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢和生物粘泥等問題，應(yīng)使用循環(huán)冷卻水藥劑。水處理配方從磷系復(fù)合配方發(fā)展至全有機(jī)配方，如新型膦酸鹽及新型共聚物，無磷和無金屬水處理配方也開始出現(xiàn)。煙塔合一模式下，循環(huán)冷卻水藥劑可采用新型水質(zhì)穩(wěn)定劑來控制腐蝕、結(jié)垢和生物粘泥，這些新型水處理藥劑配方與管理的科學(xué)化，控制的自動(dòng)化相結(jié)合，使得煙塔合一模式下循環(huán)水水處理技術(shù)滿足電廠要求。

4 結(jié)語

煙塔合一技術(shù)的研究和應(yīng)用在我國(guó)才剛剛起步，從目前北京熱電廠應(yīng)用煙塔合一技術(shù)的情況來看，前景令人樂觀。煙塔合一技術(shù)可以提高能源效率，簡(jiǎn)化煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少煙囪和GGH，提高脫硫后凈煙氣的抬升高度，有利于降低環(huán)境污染。煙塔合一對(duì)冷卻塔循環(huán)水有一定影響，采取一定的技術(shù)手段可使煙塔合一脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。實(shí)施煙塔合一，應(yīng)特別注意對(duì)循環(huán)水水量、水質(zhì)的控制及凝汽器管材和水質(zhì)穩(wěn)定劑的選取。

［1］蘊(yùn) 琳.火電廠煙塔合一技術(shù)的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2005，2(26):11.

［2］于國(guó)續(xù).煙塔合一技術(shù)與應(yīng)用前景研究［J］.吉林電力，2006，4(34):1－2.

［3］井惟如.煙塔合一技術(shù)概況［J］.華北電力技術(shù)，2005，(10):48 －50.

［4］韓月榮.煙塔合一技術(shù)的環(huán)保優(yōu)勢(shì)［J］.河北電力技術(shù)，2005，3(24):36－38.

［5］秦松波.煙塔合一技術(shù)［J］.上海電力，2007，(5):492 －493.

［6］姚友成，侯憲安.煙塔合一的冷卻塔腐蝕與防護(hù)［J］.電力勘察設(shè)計(jì)，2006，(5):17 －19.

［7］曾德勇，何育東.國(guó)內(nèi)煙塔合一工程初步設(shè)計(jì)思路［J］.熱力發(fā)電，2005，(9):1 －4.

［8］曾德勇，羅獎(jiǎng)合.由冷卻塔排放煙氣脫硫凈煙氣對(duì)循環(huán)冷卻水水質(zhì)的影響及其對(duì)策研究［J］.熱力發(fā)電，2005，(3):61－62.

Technology of circulating cooling water treatment for cooling tower with flue gas injection in power plant

介紹了燃煤電廠煙塔合一技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，探討了煙塔合一模式對(duì)循環(huán)冷卻水的影響，分析了煙塔合一模式下循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的可行性，提出了煙塔合一對(duì)循環(huán)水的影響對(duì)策。

煙塔合一;循環(huán)冷卻水;處理技術(shù)

The development of integrated cooling tower with flue gas injection has been introduced.The effect of the integrated chimney cooling tower on circulating cooling water treatment is analyzed.The circulating cooling water treatment technical feasibility to deal with the effect of the cooling tower with flue gas injection on cooling water is discussed.The technical solution to this effect is put forward.

chimney cooling tower integrated;circulatory cooling water;treatment technology

X703.1

B

1674－8069(2011)02－029－03

2010-09-07;

2011-02-21

何世德(1963-)，男，四川省廣漢人，高級(jí)工程師，主要從事火電廠水污染控制工作。E－mail:449594311@qq.com

中電投集團(tuán)科技項(xiàng)目(2009010CQDKJX1)