烟塔合一技术的环保优势
烟塔合一技术的环境效益
采用烟塔合一技术有利于烟气抬升以及烟气中污染物的稀释和扩散, 有利于提高环境质量。利用冷却塔巨大热量和热空气的提升力对湿烟气进行抬升, 使之渗入大气逆温层中。尽管气流温度低, 但总体积流量较大, 在大多数天气条件下, 其烟气抬升高度高于烟囱排放。
根据Saarbergw erke AG 及Rhei-Nisch-Westfalisches Elek trizitat swerk AG 于1984～ 1985年间在Volklingen 实验电站测得结果, 100 m 高的冷却塔和170 m 高的烟囱排放烟气扩散“照相”对比(见图1) , 烟囱排放烟云在距离排放点附近时抬升很快, 之后烟云中心高度基本停留在450 m , 烟云轮廓中后部渐宽; 冷却塔烟云在排放原点中等距离处的抬升高度迅速超过烟囱烟云抬升高度, 达到600m 仍然缓慢上升, 最后在700m 时升势趋缓, 其烟云的轮廓较烟囱排放烟云要窄, 因此扩散的距离也更远。
由此可见, 尽管传统烟囱一般比冷却塔要高, 烟囱排放的烟气温度也比冷却塔排出的混合气体温度要高, 但利用冷却塔排烟时, 由于烟气与冷却塔中的水汽混合后, 大量的水汽能将烟气分散冲淡, 这种大量的混合气流有着巨大的抬升力, 能使其渗入到大气的逆温层中; 另一方面, 这种混合气流还具有一种惯性, 使其对风的敏感度比烟囱排放的烟气对风的敏感度要低, 后者极易被风吹散。在可比情况下利用冷却塔排放的烟气比烟囱排放的烟气气流更大, 上升的时间也更长, 扩散高度更高, 因而认为利用冷却塔排放烟气的污染比烟囱排放低, 利于降低环境污染, 保护环境。
我国现行环境标准和评价导则规定的烟气抬升高度和环境空气污染物扩散模式, 是基于采用烟囱排放烟气这一先决条件。由于采用烟塔合一技术才刚刚开始, 还没有相应的适合我国环境条件的经验公式, 烟气抬升高度和环境空气污染物扩散模式有待于进一步研究。目前只有中国环境科学研究院利用德国的SöP 模式和拉格朗日模式为某电厂计算了烟气抬升高度和对地面的附加质量浓度, 需要探讨的问题较多。
影响烟气抬升与扩散的基础参数有烟气流速、温度, 环境风速、气温、大气稳定度、扩散参数及地形条件, 在同等烟气和环境条件下, 决定性的因子为环境风速和大气稳定度。
利用S/P 模式和德国烟囱排放抬升公式对比计算某电厂2×300MW 机组在不同大气稳定度、风速条件下烟气抬升高度和环境影响显示, 在大气不稳定状态下, 风速为1. 5 m/s 时烟气通过冷却塔排放可抬升到1 100m , 而通过烟囱排放则只能达到400 m。风速为3 m/s 时, 烟气通过冷却塔排放可抬升到500 m , 而通过烟囱排放则只能达到150 m。在大气中性状态下, 不同风速烟气通过冷却塔排放可抬升到140～ 200 m , 而通过烟囱排放则只能达到60～ 100 m。在稳定状态下, 通过冷却塔排放比通过烟囱排放烟气抬升高度高50 m 左右。
计算结果表明, 120 m 冷却塔排放的SO2、NOx和PM10 (漂尘) 年均落地质量分数总体上好于烟囱。采用烟囱方案较冷却塔年均质量分数增加8%～10%。2 种方案年均质量分数最大值位置一致, 等质量分数线分布趋势也基本一致。在弱风条件下, 冷却
塔排放较烟囱有明显的抬升, 但风速在4. 5 m/s 以上时, 冷却塔排放的烟气抬升低于烟囱。
烟塔合一技术的其他特点
a. 烟气通过冷却塔排放, 可节省烟囱、湿法脱硫系统中的烟气再热(GGH) 装置、增压风机及其相应烟道的费用, 投资一般比烟囱排放低。但根据目前国内的排放标准, 采用烟塔合一技术必须设置脱硝装置。目前脱硝装置通常按200 元/kW 来估算投资, 因此采用烟塔合一技术的投资将超出采用烟囱排放的投资。
b. 可通过回收烟气热量提高能源效率。可通过在锅炉尾部增加热交换器实现(见图2)。粗略计算,如设计合理, 可以提高电厂效率0. 7% 左右。
c. 采用烟塔合一技术可简化烟气系统设计, 由于没有GGH, 可以合并锅炉引风机和脱硫增压风机等。因此烟气系统比较简单, 烟道相对而言比较短(见图2、3)。
d. 冷却塔中或者在气流刚离开冷却塔时会强烈的空气有害物, 如二氧化硫和氧化氮与气流中水蒸气的反应, 结果提前形成酸, 对筒壁形成腐蚀, 并可能在一定程度上影响循环水水质。
e. 冷却塔喷出的酸性水滴和气流中的酸性雾滴, 可能在一定程度上对周围生态环境、建筑物产生影响。
f. 脱硫、脱硝、除尘等设备运行出现故障时, 烟气不允许直接排入冷却塔, 需要有应对措施, 如增加备用设备或机组停机。
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