脱硫烟塔合一技术介绍.doc

脱硫烟塔合一技术介绍北京国电龙源环保工程有限公司脱硫烟塔合一技术介绍从上个世纪八十年代初期开始，以德国为代表的一些发达国家开始尝试利用冷却塔排放湿法脱硫后的烟气，目的是节省较大的烟气再热器的投资和提高烟气排放的扩散效果，经过二十年的发展，到目前为止，全世界大概已经有三十多台机组采用了这种技术。烟气通过冷却塔排放，是将烟气用烟气管道送入塔内配水装置的上方集中排放。这对冷却塔带来了两个方面的影响，一方面，烟气排入会使配水装置上方的气体流量增加，流速有所增加，带来额外的流动阻力，但冷却塔内烟气的流速很低，一般都在1.0m/s左右，即使流速增加30%，带来额外的流动阻力增加也非常有限，与冷却塔的其他阻力（人字柱、进风口、淋水装置、淋水、出口等阻力）相比，还是较小的。考虑这部分额外的流动阻力增加和烟气管道带来的局部阻力，将冷却塔的总阻力系数增加3。另一方面，烟气排入冷却塔与配水装置上方的湿空气发生混合换热现象，改变了塔内气体的密度。锅炉在设计工况运行时，吸收塔出口烟气温度范围为43-50（主要决定于吸收塔入口烟气温度），考虑到烟道长度和环境温度变化带来的温度降低，进入冷却塔的烟气温度为36-43。以下是就烟塔合一时可能遇到的问题进行探讨：一、烟气能否从烟塔顺利排出烟气能否从烟塔顺利排出,根本是看烟塔内填料上方混合气体的密度是否比环境空气的密度低。这两个密度差越大，通风量越大，混合气体的热浮力越大，烟气从烟塔排放的扩散效果就越好。在烟塔运行的绝大多数时间里，烟塔内填料上方混合气体的密度都比环境空气的密度低，烟气都会顺利排放。当夏季环境温度达到38，烟气温度只有为40时，烟气仍然可以通过烟塔顺利排出。但我们必须保证在机组运行的任何情况下，烟塔都能顺利排烟，就必须考虑到烟塔运行的极端情况。对烟塔来说，最极端恶劣的烟气排放工况就是：环境温度为极热（42），并且烟塔不通循环水。这时如果使烟气顺利排放，烟气温度必须达到52.5以上。环境温度为38，并且烟塔不进循环水时，使烟气顺利排放的最低烟气温度为48。但从吸收塔的热力计算可知，吸收塔出口的烟气温度变化范围有限，一般在4350之间，从吸收塔出口到冷去塔出口还有一定的温度损失，为使烟气在极端工况时也能顺利从冷却塔排出，必须考虑设有对净烟气进行加热的措施。最简单实用的办法就是用一部分烟气走脱硫旁路的办法应付这种极端情况。二、烟气通过冷却塔排放后，对冷却塔冷却效率影响判别烟气通过冷却塔排烟对冷却塔冷却效率影响的依据是：烟气密度是否低于填料上方空气的密度。当烟气密度比填料上方空气的密度低时，烟气的排入会使冷却塔填料上面的混合气体的密度比原来填料上方的空气密度低，从而增大了塔内外气体的密度差，导致冷却塔的通风量增加，冷却效率提高；反之则会使冷却效率降低。烟气密度与填料上方空气密度的差距越大, 冷却效率提高的幅度越大；填料上方的空气密度受环境温度、循环水量、循环水进水温度的影响，其中，环境温度的影响最大，在冷却塔的设计温度（干球温度25.8意味着夏季最热三个月的平均温度有90的时间低于此温度）下，在烟气温度为43（考虑克服附加阻力带来的负面影响，提高1烟气温度，从42提高到43）时，夏季有90的时间都不会产生负面的影响，相对于全年（假设其它月份的温度最高温度都没有超过25.8），就是有97.5%的时间不产生负面影响，也就意味着在全年有97.5%的时间里，烟气通过冷却塔排放都会使循环水温降比同工况运行的旧塔大或相等，使机组总体热效率向好。当然这种估算偏乐观，保守估计，烟塔全年应该有90%以上的时间都会比相同条件下的冷却塔效率高。但烟气温度降低时，使烟塔热效率向好的时间将有所缩短。环境温度提高时，对烟塔冷却效率起正面影响的临界烟气温度也将提高，环境温度为38时，这个临界温度大约为5152。不难理解，当烟气的排入对冷却塔的冷却效率起正面影响时，烟气量降低（锅炉降负荷）会削弱冷却效率，而当烟气的排入对冷却的塔冷却效率起负面影响时，烟气量降低（锅炉降负荷）会提高冷却效果，在炎热的夏季，就可以通过降低锅炉负荷的方法提高烟塔的冷却效率和扩散效果。三、烟气温度对烟塔冷却效率和的烟气扩散效果的影响从上面的分析可以看出：进入冷却塔的烟气温度对机组的经济性和安全性都至关重要，温度越高越好。但吸收塔出口的烟气温度相对固定，一般在4350之间，应该在系统布置和烟道保温方面想办法，尽量提高排入烟塔的烟气温度，从而提高机组的经济性、烟气排放的安全性和扩散效果。四、对机组运行的经济性影响从前面的分析又可知，当进入烟塔的烟气温度为43以上时，全年至少有90的时间，烟塔的冷却效果都比旧塔好。冬季烟气温度如果为30时，温降提高0.33, 如果假设烟塔循环水温降全年平均提高0.1。一般300MW的机组，循环水温降增加1，可以降低煤耗2-2.5克, 相当于降低燃煤0.7%左右。五、对循环水系统的影响烟气进入冷却塔排放，烟气在上升过程中接触冷的湿饱和空气，烟气中的一部分水蒸汽也会遇冷凝结成雾滴，一些会在冷却塔壁面形成大液滴落入冷却塔水池，进入循环水系统，烟气中的可溶性气体和固体颗粒也会随之进入循环水系统，这也会造成循环水杂质和盐类浓度的增加。根据经验进入脱硫塔和冷却塔的污染物主要有：粉尘、SO2、SO3、HCl、HF、NOx、 CaSO3、CaSO4、MgSO3、MgSO4等上述污染物除了NOx微溶于水外，其余气体、液滴和固体颗粒都可能进入循环水，但进入的量很难确定，也应该受到烟气和空气的温度的影响以及排烟口的高度和排烟烟速的影响，必须通过试验研究加以确定。我们也尝试询问有关的国外公司，但到目前还没准确和明确的答复。这些物质进入循环水会带来两个主要的影响，一是酸性气体溶解在水中，导致pH下降；二是循环水的杂质和盐类浓度升高。这两种作用都是累计和持续作用的, 如不采取措施, 将导致循环水质的持续恶化。为防止循环水系统的结垢和对冷凝器铜管的腐蚀，循环水的pH值需要控制在8.0-8.3左右，也是在这个pH值的环境下，向循环水中添加阻垢剂、防腐剂和水稳剂才能正常工作，所以必须密切监视pH的变化，向循环水中加入碱性物质稳定pH值；另外，循环水中的杂质和盐类浓度增加，也会增加冷凝器结垢、腐蚀的机会，威胁机组的生产运行，也要采取措施，维持循环水现有的固体和盐类浓度在允许的范围内，对循环水质进行控制。最简单的办法是增大排污水量和补水量来保持盐类浓度和pH值，但这种方法不仅受水源来水量的限制，严重浪费水资源，而且调节缓慢被动。另一种方法就是对循环水进行除盐处理和pH值调节。六、其它湿法脱硫工艺中的一些浆液(含CaSO3、CaSO4或MgSO3、MgSO4等)也会被烟气中的雾滴带入冷却塔, 长期运行后, 也可能在冷却塔的填料和除水器上附着结垢, 应定期进行人工水冲洗（冷却塔运行时进入可能要佩带防毒装备）。七、安全性和可靠性湿法脱硫烟气通过冷却塔排放是一条新的烟气排放通道，在这条通道上增加了烟气冷却器、脱硫塔、防腐烟道、烟塔和循环水质控制系统等设备，一旦其中的一个或几个设备出现故障，就可能影响机组的发电甚至造成机组停运，这就意味着降低了系统的可靠性。而通过烟囱排放是靠设置烟囱旁路降低这种风险的。八、风险分析风险分析的目的是为了预测采用烟塔技术可能的风险，评价风险可能带来的后果和风险等级，并提出控制风险的可能措施。下表是风险分析表。可能的风险风险等级风险后果减小风险的措施烟气中的污染物进入循环水的比例超过预期很大循环水质变差，增加冷凝器腐蚀和结垢的几率，威胁机组生产安全；增加水工构件的腐蚀几率。循环水水质控制系统留有较大的设计裕量循环水水质控制系统故障很大循环水质变差，增加冷凝器腐蚀和结垢的几率，威胁机组生产安全；增加水工构件的腐蚀几率。 选取可靠成熟的水处理技术和设备 短时间可以用增加循环水排污量的方法加以缓解设计的循环水水质控制系统达不到控制水质的目标很大循环水质变差，增加冷凝器腐蚀和结垢的几率，威胁机组生产安全；增加水工构件的腐蚀几率。对烟气对循环水水质的影响进行调研、试验、研究。掌握其机理和规律。烟塔内壁的防腐层损坏脱落严重很大需要烟塔停运检修，导致机组全部停运 烟囱拆除前，可以通过烟囱排烟； 烟囱拆除后，可以通过吸收塔上部预设的临时排烟口排烟；烟塔因开设两个孔洞导致烟塔整体安定性减弱，因环境运行等的原因导致烟塔壳体出现裂痕甚至倒塌很大需要烟塔停运处理，导致相应的机组停运。产生重大人身设备事故。 聘请国外有资质和业绩的设计单位； 在设计中选取较大的安全裕量； 在施工中严把质量； 制定相应的运行规程，减少不恰当的运行对烟塔强度的破坏。烟气冷却器腐蚀严重，寿命短于预期大增加了设备的投资和维修费用，增加了机组停机时间吸收塔出口的净烟气烟道防腐层损坏脱落严重大需要净烟道停运检修，导致相应的机组停运 烟囱拆除前，可以通过烟囱排烟； 烟囱拆除后，可以通过吸收塔上部预设的临时排烟口排烟；脱硫系统故障，原烟气短时期通过旁路进入冷却塔中循环水质变差，增加冷凝器腐蚀和结垢的几率，威胁机组生产安全；增加水工构件的腐蚀几率。烟气温度过高，可能会影响塔内防腐层和塑料构件的寿命 选用成熟可用率高的脱硫工艺和设备。 净烟道上设紧急喷水降温设施。增压风机故障中相应的机组停机 选用可靠的风机产品；