煙塔合一

隨着煙氣脱硫，特別是濕法脱硫技術的發展和日益成熟，與之伴隨的衍生技術不斷應運而生。利用冷卻塔排放脱硫後的煙氣的技術就是非常有代表性的一種。通過對該技術的介紹和技術經濟比較，提出了此技術在我國工程應用的思路和前景。

西方發達國家自20世紀70年代末到80年代末，相繼完成了燃煤火電廠的煙氣脱硫裝置的建設。其中大部分脱硫裝置都採用的是濕法脱硫工藝。隨着濕法脱硫技術的發展和日臻成熟，與之伴隨的衍生技術像副產品石膏的綜合利用和二合一功能冷卻塔煙氣排放技術等不斷應運而生，並獲得了廣泛應用。近年來，在西方國家特別是西歐，新建的閉式循環的火力發電廠，無論大小，幾乎都看不見代表火力發電廠的煙囱，取而代之的都是用冷卻塔將脱硫後的煙氣排放到大氣中去。煙塔合一技術具有當不設GGH時，可提高排煙的抬升高度，保證當地環境質量，減少工程投資和運行費用，用矮得多的冷卻塔代替高煙囱等有利因素，因此，被認為是火電廠今後十分有前途的發展方向。 ^[1] 

國家對於大氣排放污染物的標準是國家環保總局和國家質量監督檢疫檢驗總局在2004年頒佈的《火電廠大氣污染物排放標準》，標準中對火力發電廠鍋爐煙氣排放做了很詳細的規定。但是，該標準對不同地區採取了不同的標準要求，未來將如何要求，是不是再修改此標準並沒有做出説明。該標準中同時也給出了二氧化硫排放速率的要求和計算方法，由於這個指標的要求，我國東部沿海地區再使用煙囱進行排放煙氣將很難滿足標準的要求了，只能是將煙囱建得越來越高，這樣才能滿足標準的要求。標準中給出了利用煙囱進行排放的理論計算方法，但是，這個方法不能完全適合煙塔合一的計算要求。

中華人民共和國國家發展和改革委員會在2006年頒佈的《火力發電廠水工設計規範》中對循環水冷卻塔的熱力、空氣動力和水力計算方法做了詳細的規定，但是，也沒有給出煙塔合一的計算方法。

德國已經對煙塔合一做出了很詳細的規定，標準號為：VDl3782和VDl3784。希望能夠儘快收集到這兩個標準，為煙塔合一的設計找到可行的執行標準。 ^[2] 

煙塔合一從開始應用至今，已經獲得應用的有三種形式：脱硫內置式煙塔合一、循環水冷卻塔煙塔合一、間接空冷內置式煙塔合一。

一、脱硫內置式煙塔合一

脱硫內置式煙塔合一是煙塔合一發明的第一種形式。這種形式的煙塔合一就是將脱硫裝置佈置在塔內，低温煙氣在塔內直接排放。由於該種方式中沒有產生大量費熱的熱源來加熱煙氣．因此，煙氣在排放過程中是逐漸被冷卻的過程，有一部分酸性物質就隨煙氣中被冷卻的水下落到脱硫設施上，嚴重地腐蝕了脱硫設施，煙氣的排放效果也不理想。因此，這種方式已經不推薦使用了。

二、循環水冷卻塔煙塔合一

循環水冷卻塔煙塔合一是脱硫內置式煙塔合一後的一種形式的嘗試，這種形式的煙塔合一就是將經過脱硫和脱硝的低温煙氣通過循環水冷卻塔進行排放。由於循環水在被冷卻時釋放的熱量也加熱了一部分水，並使這部分水變成了蒸汽，再由蒸汽加熱低温煙氣並在塔內進行混合，從而將排放的煙氣加熱，達到了費熱利用的效果，也使得煙氣的排放效果更好。但是，這種形式的煙塔合一在運行時會有大量的酸性物質在與水混合後落到循環水中，使循環水的酸性大大增加，有數據顯示，德國的一個電站在採用了這種形式的煙塔合一後，使循環水的pH值小於1，長期運行後循環水系統內部遭到了嚴重的腐蝕。

三、間接空冷內置式煙塔合一

這種形式的煙塔合一就是將問接空冷系統佈置在塔內，煙氣在塔內排放。利用通過散熱器被加熱的空氣來加熱低温煙氣，達到費熱被利用的效果。由於這種形式的煙氣排放過程中沒有大量的水參與，煙氣的排放是不斷被加熱的，因此，這種煙氣排放方式解決了煙氣擴散排放問題，也減輕了煙氣對塔內設施的腐蝕問題，受到了用户的普遍認同。 ^[2] 

煙塔合一技術的應用滿足了環保指標越來越高的要求，但要達到預期的效果，必須在設計上充分考慮如下因：排放的煙氣量、費熱的熱量和費熱的起始温度（最好不要低於煙氣的温度）、塔內介質的流動速度、塔的高度等。

排放的煙氣量、費熱的熱量和塔內介質的流動速度是決定煙氣能否按照設計意圖進行排放的三個關鍵因素。可以利用的費熱的多少是決定煙氣被加熱到什麼程度的關鍵因素，如果被加熱的程度高，那麼，混合氣體的密度將更低，可以實現在很低的風速下有較遠的飄浮，如果被加熱的程度較低，煙氣的飄浮距離將受到很大的影響。 ^[2] 

煙塔合一技術涉及的關鍵技術有換熱計算、塔內動力場分析和塔的結構分析。

換熱計算和塔內動力場分析還不能單純靠理論分析進行，原因是工作狀態下的煙塔合一都是處在複雜的自然環境中，涉及的邊界條件很多，而理論計算無法將這些因素都考慮進去，即使是考慮了這些因素，也無法保證其正確性。因此，這兩項基本上還是依賴試驗來確定。

在試驗前，為儘量減少試驗的次數，應該進行充分的數字模擬，利用CFD軟件進行塔內動力場分析，確定一個排放效果比較好的效果範圍，就這部分進行試驗驗證，從中找出符合要求的各因素的組合，並應用到實際工程中。

塔的結構分析是在滿足流動特性時來實現結構設計，流動特性通常只對塔內部提出具體要求，對外部沒有什麼要求。因此，塔的結構設計完全可以通過理論計算來實現塔的設計工作。

從已經運行的煙塔合一項目的調研結果分析，煙氣的擴散半徑和半徑內下落的污染物濃度與塔的高度、出口直徑、自然風速都有直接的關係，這些邊界條件之間的關係要通過試驗來進一步確定。 ^[2] 

1．取消煙囱、降低造價

主要在新建機組時，可以利用冷卻塔排放煙氣，取消煙囱，降低相對高的土建費用，降低工程造價、佔地面積和運行費用。對於一個2×600W電廠來説，1座雙內筒鋼筋混凝土煙囱加上地基處理，其投資一般在2000萬元以上。

2．取消濕法脱硫後的煙氣再加熱裝置、降低造價和運行費用

用冷卻塔排放煙氣技術於新建機組或增加脱硫設備時，可以省去煙囱和氣氣換熱器（GGH），不存在迴轉式加熱器的漏風問題，可進一步提高脱硫效率。與採用換熱器的FGD系統相比，冷卻塔煙氣排放可能減少5%～7%的運行成本。

3．更好的環境效益

由於冷卻塔中的空氣流量大約是煙氣流量的20倍，其質量效應使煙氣排到大氣的速度大於煙囱排出的速度，冷卻塔排出的氣體體積和不同温度形成的推力遠大於煙氣自然浮力，高含熱量的冷卻塔的羽狀流與經過煙囱排放的煙氣比較可達到更高的高度，可以上升到大氣非湍流層以上再轉到混合層。此外，它對風力的影響較不敏感。根據德國電廠的實際測得結果，100m的冷卻塔與170m的煙囱排煙效果，冷卻塔的煙氣擴散高度為700m，而煙囱的擴散高度為450m。

4．提高電廠的熱效率

在絕大部分情況下，煙氣通過冷卻塔排放對冷卻塔的冷卻效率有利，因而可以提高凝汽器的真空度或降低循環水泵的功耗，提高電廠的熱效率。

5．因電廠熱效率的提高。減少了燃煤消耗量。即可相應減少總污染物排放量

6．縮短停機時間

有些在役老電廠現有煙囱的內襯材質抗酸腐蝕性能較差，如採用常規方法排放再熱後的濕法脱硫煙氣，必須對煙囱內壁進行防腐處理，所需停機時間較長，帶來較大的發電損失，幾台鍋爐共用一根煙囱時更甚，而通過冷卻塔排放煙氣的方案停機時間相對短些。

7．不受當地建築物限制高度（如機場附近）等的限制，並消除視覺污染。 ^[3]