再谈烟塔合一.doc

再谈烟塔合一于国续(东北电力设计院,吉林 长春 130021)摘要：本文根据我国2005年以来采用烟塔合一的实践和环境主管部门的政策导向，通过对国外采用烟塔合一的国家褐煤背景的分析，指出褐煤是采用烟塔合一的一个被忽略了的因素并结合我国丰富的褐煤资源，指出烟塔合一方案还是有一定的应用空间，建议环境主管部门能认真总结国内烟塔合一应用的理论和实践，尽快建立我国的烟塔合一设计技术规范和环境影响评价技术规范，不宜因为无相应规范而排斥烟塔合一技术的应用。关键词：火电工程；烟塔合一；烟囱；脱硫；环境；褐煤1 前言火电厂锅炉排出的烟气通过冷却塔排放，即简称为“烟塔合一”的技术，在国外已有近30年的应用历史，在国内则是自2005年以来在火电工程设计中引起了广泛关注和应用的一项新技术。由于火电厂烟气湿法脱硫技术的采用，脱硫后烟气温度低，烟囱排烟存在烟气抬升高度不足和腐蚀问题。为增加脱硫后烟气抬升高度，提出烟气从冷却塔排放，即“烟塔合一”方案。据了解自2006年华能北京热电厂第一座排烟冷却塔投运以来，在国内火电行业引起了强烈反响，出于对新技术的敏感，国内一些工程纷纷准备采用“烟塔合一”。当时有华能北京热电厂、天津东北郊热电厂、石家庄良村热电厂、国华三河电力有限公司二期、大唐哈尔滨第一热电厂、华能九台电厂、国华宁海电厂二期等等，这些工程至今有的已通过了环境影响评价，有的则已投产。至2009年已投产的工程有华能北京热电厂、天津东北郊热电厂、石家庄良村热电厂、国华三河电力有限公司二期、大唐哈尔滨第一热电厂、辽宁锦州热电厂等，正在进行设计施工的有哈尔滨平南热电厂、天津军粮城电厂、大连甘井子电厂、国华徐州电厂、宝鸡第二发电厂、广东中山热电厂等。据了解，上述所列这些工程采用“烟塔合一”的原因大都是由于电厂的烟囱高度受到厂址附近机场的限制。大多数以城市集中供热为目的热电厂，由于供热半径的限制，热电厂厂址选择的自由度较小，难以避开机场，厂址又不能搬迁，解决问题的唯一出路就是取消烟囱，用高度比烟囱低得多的冷却塔排烟。对于常规电厂，选定的厂址除机场限制条件外，是一个技术经济条件最好的的厂址，难以割舍，只好采用冷却塔排烟，以满足机场限高要求。另据文献介绍，用冷却塔排烟，理论上有利于烟气的抬升与扩散，从而可以弥补冷却塔几何高度的不足，满足环境保护要求，因此采用烟塔合一具有环境的可行性。某些工程，如浙江宁海电厂，大连普兰店热电厂，采用海水二次循环冷却系统，其冷却塔的海水防腐措施有可能与排烟要求相结合，这既省去了烟囱，又利用了海水冷却塔的防腐措施，从而节约了投资，因此业主对此饶有兴趣。笔者曾于2006年撰文阐述了以下观点：1）对于烟气的抬升与扩散，烟塔合一较常规烟囱方案在弱风条件下烟气有明显的抬升，利于扩散，但在风速在4.5m/s以上时则不然，因此烟塔合一的环境可行性与厂址的自然条件有关，需通过环境影响评价确认。2）关于环境影响评价，我国现行环境标准和评价导则是基于采用烟囱排放烟气的条件。对于采用烟塔合一还没有相应的适合我国环境条件的经验公式，尚无相应的环境评价标准和方法。由于无相应的标准和规范，且认识上可能还不尽一致，对项目环境影响评价的评审和批准存在一定风险。3）当时技术上主要依靠国外，需要增加脱硝设施，因此烟塔合一方案投资较烟囱排烟高约1个亿元。4）当时电厂的脱硫系统刚刚起步，可靠性与可用率较低，采用烟塔合一方案不能设置旁路烟道，对机组可靠性有影响，否则需要设置备用脱硫设备或旁路烟囱。因此，采用烟塔合一方案多是因机场限制，“不得已而为之”，如果工程无烟囱高度的限制，不建议采用冷却塔排烟。基于上述观点，当时我院曾对长春第三热电厂、第四热电厂、九台电厂等有机场限制的工程进行过专题论证。通过与机场主管部门多次协调，采取其它措施化解机场限高要求，最终机场限高问题得以解决，由于烟囱排烟方案成立，放弃了烟塔合一。2 烟塔合一应用的新动向2.1 烟塔合一方案劣势在转化随着工程技术的不断进步与环保理念的更新转变，常规火电厂的烟气脱硫技术与排放工艺也有了很大改进与简化。脱硫岛最新的配置为不设GGH、不设旁路烟道、增压风机与吸风机合并、吸收塔排出的低温净化烟气直接送入烟囱排放。烟气脱硫技术的成熟，其系统的可靠性和可用率都在提高，不必设置脱硫设备故障的备用措施或旁路烟道，这给烟塔合一的应用提供了条件。根据新的环境污染物排放标准对NOX排放浓度标准的提高，只有同步建设脱硝设施才能满足要求。因此不论是否采用烟塔合一，脱硝都必须要同步建设，这使得烟塔合一与烟囱排烟的投资差距减少。如经脱硫后的低温净化烟气直接送入烟囱排放，烟囱的腐蚀严重，致使烟囱防腐投资提高，如再考虑脱硝的因素，采用烟塔合一的总投资已不比烟囱排烟方案高。以上原烟塔合一方案的劣势随时间推移在转化，这些推动了烟塔合一排烟方案的应用。2.2 环境主管部门表态不宜烟塔合一根据2006年以来采用烟塔合一工程环境评价的实践，关于环境影响评价的烟气抬升和环境空气污染物扩散模式，仍无进展，相应的适合我国环境条件的经验公式，烟气抬升和环境空气污染物扩散模式尚无相应的环境评价标准和方法。由于无相应的标准和规范，且观点上可能还存在分歧，导致了2007年营口热电厂新建工程环境评价评审过程出现了问题，迫使业主放弃了烟塔合一。2009年10月，环境保护部环境工程评估中心曾在北京主持召开了火电厂大气预测评价有关问题研讨会。会议认为，鉴于烟塔合一的排烟的环境影响尚无定论，烟塔合一的排烟方式暂不宜推广。2009年12月，环境保护部环境工程评估中心又在北京主持召开了火电项目烟塔合一方案环境影响研讨会，专家意见指出：与会专家和代表就烟塔合一排烟的源强参数、三河电厂烟塔合一排烟的实测结果、烟塔合一排烟的环境影响预测模式以及评估中心提出的关于烟塔合一方案的主要议题进行了认真的研讨，现形成专家意见如下：1烟塔合一技术是将火电厂烟囱和冷却塔合二为一，取消烟囱，利用冷却塔排放烟气，冷却塔既有原有的冷却散热功能，又替代烟囱排放脱硫脱硝除尘后的烟气。目前主要有湿冷塔（二次循环冷却塔）及干冷塔（空气间接冷却塔）排烟两种情况。2目前国内尚没有烟塔合一排烟的工程设计技术规范、排气量计算方法标准和评价技术规范，且实测结果表明，烟塔合一排烟时，壁效应非常明显，塔出口气流速度和温度分布很不均匀，因此采用烟塔合一排烟方案时，报告书中应给出多种情况下的源强详细参数表，并提供其计算过程，尽可能给出排放量大而抬升高度低的排放源参数。3烟塔合一德国模式的模式原理是合理的，但由于国内最初使用的德国模式的气象条件是模式软件系统预置值而非项目所在地附近的实际气象资料，而我国幅员广大，气候背景差异大，地形和气象条件复杂程度远远大于德国，因此在中国使用时在模式中应尽可能采取当地的气象参数，至少包括百页箱高度处的环境温度、环境湿度、不同稳定度下的环境垂直风指数和不同稳定度下的环境垂直温度变化率。4由于烟塔合一排烟，排气速度远远小于烟囱排放方案，因此烟塔合一排烟时必须考虑大风下洗等不利气象条件。当环境温度偏高时，烟塔合一排烟的混合气体热浮力小，甚至出现无热浮力现象，应谨慎采用烟塔合一排烟方案。5采用烟塔合一排烟方案时，必须与烟囱排烟方案进行比较。在复杂地形条件下，需用导则模式对德国模式的预测结果进行比对。6中国环科院就山西神头发电有限公司“上大压小”2600MW机组工程给定的排放源参数，采用干冷塔、湿冷塔和烟囱排烟方案分别进行了计算比较，干冷塔的环境影响总体上要小于烟囱和湿冷塔排放方案。专家认为，神头发电有限公司“上大压小”2600MW机组工程在采用严格的污染防治措施后，利用空冷塔排烟方案，其环境影响是可以接受的。7采用烟塔合一排烟方案时，环境空气防护距离可采用估算模式的空腔区水平尺度进行估算，一般不宜超过500米。8烟塔合一排烟方案不属于环保技术，且在发达国家没有得到普遍使用，因此在国内不宜普遍使用与推广。烟塔合一排烟的适用区域或情况主要包括北方干燥、半干燥地区有建筑物限高的区域（如机场附近的净空要求限制了烟囱高度）；景观环境有特殊要求的地区。且采用烟塔合一排烟方案时，其污染物治理应采用国内最先进的大气污染控制技术和最好的环境管理水平。9建议对已运行的烟塔项目进行环境影响后评估，进行室内风洞及水槽试验、野外试验，以检验该类项目环评技术路线、评价方法及评价结论，尽快建立烟塔合一排烟的工程设计技术规范和环境影响评价技术规范。归纳起来可知，烟塔合一排烟方案不属于环保技术，且在发达国家没有得到普遍使用，因此在国内不宜普遍使用与推广。烟塔合一排烟的适用区域或情况主要包括北方干燥、半干燥地区有建筑物限高的区域（如机场附近的净空要求限制了烟囱高度）；景观环境有特殊要求的地区。且采用烟塔合一排烟方案时，其污染物治理应采用国内最先进的大气污染控制技术和最好的环境管理水平。环境保护部环境工程评估中心的以上意见，无疑对烟塔合一应用的热衷降了温。3 褐煤烟塔合一应用的一个被忽略了的因素大量的文献都对于采用烟塔合一排烟方案缘于火电厂烟气湿法脱硫装置的应用，由于脱硫后烟气温度低，带来通过烟囱排烟存在的烟气抬升高度不足和腐蚀问题，为增加脱硫后烟气抬升高度和避免烟囱腐蚀，提出烟气从冷却塔排放的方案。经对广泛采用烟塔合一的国家调查发现，烟塔合一的应用似乎还有其它被忽略了的因素。据有关文献，“烟塔合一”技术在欧、美等国家已有近30年的工程应用经验。德国从1982年开始建设烟塔合一的火电厂，现烟塔合一方式运行的电厂有二十多个，一批老机组也采用烟塔合一方式进行了改造，近年来新建机组基本都采取烟塔合一方式，另外在土耳其、波兰、希腊、比利时等国家烟塔合一应用也较多。经统计发现，这些国家多盛产褐煤，采用烟塔合一的电厂基本上都是燃用褐煤，以德国为例，目前发电的比重占全国电力生产的25.9。煤炭按煤化程度分为硬质煤和软质煤，硬质煤包括烟煤和无烟煤，约占世界煤炭总储量的60%，软质煤即为褐煤，约占世界煤炭总储量的40%。褐煤资源又分为硬褐煤和软褐煤（俗称土状褐煤）两大类。其中硬褐煤主要分布在欧洲地区，其次为亚洲和北美洲。美国、俄罗斯和中国三国硬褐煤储量最多。软褐煤储量最多的有德国，其软褐煤储量约占世界的20%以上，波兰占5%左右，另外土耳其、希腊等国也有较大的储量。褐煤的特点是发热量低、水分大，硬褐煤低位发热量约在25003500大卡/公斤、水分约3040；软褐煤低位发热量约在10002000大卡/公斤、水分约4555。由于褐煤发热量低、水分大，同容量的锅炉燃煤量大，烟气量大且湿度大，脱硫后的低温烟气腐蚀性更强，烟囱的凝结水量更大。据调查，燃用褐煤的2350MW机组，共用的一座烟囱的日凝结水量达200余吨。燃用褐煤且设置脱硫和无GGH的电厂，如果采用烟囱排烟则需要更加完善的防腐措施。目前烟囱防腐普遍的是在碳钢板或砖砌的烟囱内筒上采用泡沫玻璃砖、无机耐酸胶泥改性环氧树脂等重防腐涂料。国内已经投产的工程反映，这种防腐措施可靠性差，已不同程度出现防腐层脱落，钢内筒发生渗漏，甚至被腐蚀等现象，危及烟囱的安全，为此趋向采用造价比较昂贵的钛钢复合板作为烟囱内衬材料防腐。德国自1982年开始采用烟塔合一，并陆续对一批老机组也用烟塔合一方式进行了改造，其最大的可能原因是，大部分燃用褐煤的电厂实施脱硫后，烟囱的强烈腐蚀和防腐措施的技术经济问题以及大量的凝结水排出，迫使其走烟塔合一的道路。土耳其盛产褐煤，褐煤储量为93亿吨，其中在AFSINELBISTAN 盆地的储量为34.27亿吨，约占全国的37。该盆地褐煤属软褐煤，其低位发热量约在11001200大卡/公斤，水分约5355，硫1.52.2。在该盆地已开发的A、B矿区，分别配套建设了发电规划容量厂4350MW发电厂。A矿区电厂1号机组1984投产，1998年全部建成，B矿区电厂1号机组2006投产，至今也已全部建成。A矿区电厂无脱硫，在排烟方式上是烟囱排烟；从下面的照片可见，B矿区电有脱硫，排烟方式则是烟塔合一，两台机组合用一个旁路烟囱。B矿区电厂B矿区电厂卫星图B矿区电厂排烟塔及烟道从上述两个矿区电厂和的投产年代和排烟方式的不同，也证明了褐煤、脱硫和烟塔合一的必然联系。由上分析可见，褐煤与烟塔合一，以往在讨论采用烟塔合一应用的原因时，是一个被忽略了的背景因素。4 我国的褐煤资源中国褐煤多属老年褐煤（硬褐煤）。褐煤灰分一般为2030。东北地区褐煤硫分多在1以下，广东、广西、云南褐煤硫分相对较高，有的甚至高达8以上。褐煤全水分一般可达2050，分析基水分为1020，低位发热量一般只有28004000大卡公斤。我国褐煤的探明储量约840多亿吨，云南、广东、广西、内蒙古、辽宁等省区是褐煤的主要产地。内蒙古东部由呼盟的伊敏、大雁、扎赉诺尔，哲盟的霍林河，昭盟的元宝山和锡盟的胜利、巴彦宝力格、乌旗白音华8个煤田组成的褐煤基地，探明储量640多亿吨，占全国煤炭总量的10，为全国褐煤总量的76，是中国褐煤资源最集中的地区。内蒙古的褐煤除部分输出到区外，主要在就地发电，以煤电联营形式建设单机发电容量600MW以上的大型坑口电站，形成向内地输送电能的重要的能源基地。5 小结1）烟塔合一是解决脱硫后低温烟气排放的抬升高度不足和避免烟囱腐蚀技术方案之一，是国内2005年以来在火电工程设计中引起了广泛关注和应用的一项新技术。初期由于投资高和脱硫技术的限制，除因机场限制外，不推荐采用。2）NOX排放浓度标准的提高和技术上的进步，使得烟塔合一与烟囱排烟的投资差距减少。采用烟塔合一方案已不完全是因机场限制，“不得已而为之”，对新技术的敏感和烟塔合一劣势的转化，进一步推动了烟塔合一的应用，一批电厂的烟塔合一已投及运行。3）环境主管部门以烟塔合一排烟方案在环境影响评价上尚不规范为由，严控烟塔合一的使用与推广，且要求采用烟塔合一排烟方案时，其污染物治理应采用国内最先进的大气