燃煤電廠“煙塔合一”模式下循環(huán)冷卻水處理技術

何世德，李 銳，張占梅，周 于

(重慶遠達水務有限公司，重慶 400039)

燃煤電廠“煙塔合一”模式下循環(huán)冷卻水處理技術

何世德，李 銳，張占梅，周 于

(重慶遠達水務有限公司，重慶 400039)

1 煙塔合一發(fā)展趨勢

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

1.1 煙塔合一的國內外發(fā)展趨勢

1.1.1 煙塔合一在國外的發(fā)展

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

1.1.2 煙塔合一在我國的應用

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國外煙塔合一技術，是我國首個采用該技術的火電廠，2006-12-20投運，至今運行良好。脫硫系統(tǒng)設4座吸收塔，原煙氣經吸收塔凈化后通過120m高的自然通風冷卻塔排入大氣。河北三河發(fā)電廠二期工程2×300MW熱電聯(lián)產機組配套脫硫項目，是國內首個國產化煙塔合一項目［2］。目前在建煙塔合一項目還有遼寧大唐國際錦州熱電廠、大唐哈爾濱第一熱電廠和天津東北郊熱電廠一期等。

1.2 煙塔合一技術趨勢

火電廠煙氣脫硫主要采用石灰石濕法脫硫技術，脫硫后的凈煙氣達到飽和溫度點，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，而被送至自然通風冷卻塔，借助冷卻塔熱煙氣抬升。在塔內，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濕空氣溫度，會發(fā)生混和換熱現(xiàn)象，對冷卻塔內氣體流動工況產生一定的影響。

煙塔合一技術對火電廠鍋爐煙氣的品質有較高要求。如煙氣超標，由冷卻塔排出可能使塔內集水裝置產生污垢，冷卻水質變壞，塔筒腐蝕嚴重。煙氣經過高效除塵、脫硫處理后，其煙塵、SO2濃度可滿足要求。據(jù)目前國內煙塔合一工程進展情況及環(huán)境審批意見，采用煙塔合一技術，NOx排放濃度應控制在200mg/m3以下(按德國標準控制)。低氮燃燒技術是達不到這個標準的，如采用煙塔合一，必須對煙氣進行脫硝處理。

從德國煙塔合一技術的應用現(xiàn)狀來看，采用煙塔合一技術可以提高電廠能源效率，簡化煙氣系統(tǒng)設計，減少煙囪、GGH，節(jié)省脫硫系統(tǒng)占地面積，合并鍋爐引風機和脫硫增壓風機，降低電廠投資造價和運行費用，有利于發(fā)電成本的降低;更為重要的是煙塔合一技術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，保護環(huán)境［3］。

2 煙塔合一對環(huán)境的影響

2.1 利于煙氣擴散和保護環(huán)境

煙塔合一技術是利用冷卻塔巨大熱量和熱空氣量對脫硫后凈煙氣進行抬升，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，對于300MW凝汽機組循環(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［4］。

2.2 冷卻塔腐蝕

借助冷卻塔空氣抬升煙氣，在塔內生成的混合汽水及殘留物，會對冷卻塔筒壁、淋水架構及淋水裝置組件等產生腐蝕及阻堵。

冷卻塔中混凝土結構及構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。德國尼德勞森電廠新建978MW機組冷卻塔防腐采用耐酸水泥，運行良好，但價格較高，且為保證耐酸水泥的強度固結時間，冷卻塔建造周期較長;德國黑泵電廠冷卻塔防腐采用防腐涂層，要求內、外壁都進行防腐，一般用耐腐蝕較強的涂料(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)形成污垢和結垢的傾向性增加。循環(huán)水中的雜質和鹽類使?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，凈煙氣進入冷卻塔后在塔內上升過程中與飽和熱濕空氣接觸，部分水蒸汽遇冷凝結成霧滴，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

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到3m/s(德國設計要求為3～6m/s)，這就要求進入冷卻塔的循環(huán)水達到一定水量和溫度。對帶供熱機組的電廠，冬季大量供熱導致循環(huán)水量下降，但由于冬季時混合氣與環(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，少量供熱導致循環(huán)水量急劇增加，全廠總的循環(huán)水量波動較大，因此設計主要針對夏季的運行參數(shù)［6］。煙塔內的熱交換由于熱煙氣的進入變得更加明顯，水損失量可能比常規(guī)冷卻塔高，其補充水量略增加。參照德國的設計，為保證脫硫后凈煙氣正常排放和抬升，煙塔合一的設計要求為汽輪機冷卻循環(huán)水水量不能小于設計值50%或者不能低于冷卻塔熱負荷的30%。

煙塔的冷卻水溫度由當?shù)氐臍夂驐l件和運行工況決定，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℃，個別達到31.5℃;冷卻水溫差為8～10℃。參照德國冷卻塔的運行方式，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。如以河水為補充水的開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，當氯化物濃度小于500mg/L時，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，有的還用塑料或橡膠內襯鋼管，或玻璃鋼管等。

德國電廠凝汽器管內冷卻水流速一般為1.5～2.7m/s，當懸浮物含量較高時控制 1.5 ～2.2m/s，對 B30 管道而言，應控制流速為2.2 ～2.4m/s，以防止懸浮物沉積。國內電廠凝汽器管內流速一般為1.0～2.0m/s，有的電廠采取少開循環(huán)水泵的方式節(jié)能，因此流速有時小于1.0m/s。德國某電廠實際流速僅為0.67～1.0m/s，因此循環(huán)冷卻水中同樣的懸浮物含量，在德國電廠可能不會發(fā)生沉積和形成污垢等問題，即使沉積，仍可以利用機組停運進行清理;但對于國內電廠，低流速可能會引發(fā)嚴重的沉積問題。因此，在進行循環(huán)水系統(tǒng)管理時應引起足夠重視，即依據(jù)技術經濟比較，適當提高流速［8］。

3.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的自動監(jiān)測

通過冷卻塔排放濕法煙氣脫硫凈煙氣，會使一定量的污染物進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，導致循環(huán)水雜質增加，pH值降低，電導率升高，系統(tǒng)腐蝕速度加快。循環(huán)水水質、水量波動性大，而依據(jù)人工檢測進行調控，一方面工作量大量增加，另一方面也難以實現(xiàn)即時控制;而采用自動監(jiān)控技術，不僅可優(yōu)化藥劑投加量，且可自動控制排污，實現(xiàn)水質的穩(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)水質量標準即可，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，需要加強運行監(jiān)督和定期清理，循環(huán)水系統(tǒng)采用自動監(jiān)測是一種可行的辦法。

3.4 對補充水進行深度處理

深度處理一方面可以穩(wěn)定補充水水質，另一方面適當提高循環(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水時(如每年高負荷期間)，設計一個容量不太大的旁流處理系統(tǒng)。在負荷較低時，不斷更換冷卻水。在缺水地區(qū)和補充水源較特殊(如補充水為城市污水)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。實施煙塔合一工程后無法停運檢修沖洗，也可采用旁流處理控制水質。采用旁流處理系統(tǒng)能有效清除殺菌滅藻時剝離的懸浮物，同時還能去除FGD帶入的大量煙塵、石膏等雜質。

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期循環(huán)使用，會出現(xiàn)系統(tǒng)腐蝕、結垢和生物粘泥等問題，應使用循環(huán)冷卻水藥劑。水處理配方從磷系復合配方發(fā)展至全有機配方，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穩(wěn)定劑來控制腐蝕、結垢和生物粘泥，這些新型水處理藥劑配方與管理的科學化，控制的自動化相結合，使得煙塔合一模式下循環(huán)水水處理技術滿足電廠要求。

4 結語

煙塔合一技術的研究和應用在我國才剛剛起步，從目前北京熱電廠應用煙塔合一技術的情況來看，前景令人樂觀。煙塔合一技術可以提高能源效率，簡化煙氣系統(tǒng)設計，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。煙塔合一對冷卻塔循環(huán)水有一定影響，采取一定的技術手段可使煙塔合一脫硫系統(tǒng)正常運行。實施煙塔合一，應特別注意對循環(huán)水水量、水質的控制及凝汽器管材和水質穩(wěn)定劑的選取。

［1］蘊 琳.火電廠煙塔合一技術的應用［J］.電力建設，2005，2(26):11.

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

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

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

［5］秦松波.煙塔合一技術［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［J］.電力勘察設計，2006，(5):17 －19.

［7］曾德勇，何育東.國內煙塔合一工程初步設計思路［J］.熱力發(fā)電，2005，(9):1 －4.

［8］曾德勇，羅獎合.由冷卻塔排放煙氣脫硫凈煙氣對循環(huán)冷卻水水質的影響及其對策研究［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的發(fā)展趨勢，探討了煙塔合一模式對循環(huán)冷卻水的影響，分析了煙塔合一模式下循環(huán)冷卻水處理技術的可行性，提出了煙塔合一對循環(huán)水的影響對策。

煙塔合一;循環(huán)冷卻水;處理技術

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

中電投集團科技項目(2009010CQDKJX1)