煙塔合一技術的環保優勢
煙塔合一技術的環境效益
采用煙塔合一技術有利于煙氣抬升以及煙氣中污染物的稀釋和擴散, 有利于提高環境質量。利用冷卻塔巨大熱量和熱空氣的提升力對濕煙氣進行抬升, 使之滲入大氣逆溫層中。盡管氣流溫度低, 但總體積流量較大, 在大多數天氣條件下, 其煙氣抬升高度高于煙囪排放。
根據Saarbergw erke AG 及Rhei-Nisch-Westfalisches Elek trizitat swerk AG 于1984～ 1985年間在Volklingen 實驗電站測得結果, 100 m 高的冷卻塔和170 m 高的煙囪排放煙氣擴散“照相”對比(見圖1) , 煙囪排放煙云在距離排放點附近時抬升很快, 之后煙云中心高度基本停留在450 m , 煙云輪廓中后部漸寬; 冷卻塔煙云在排放原點中等距離處的抬升高度迅速超過煙囪煙云抬升高度, 達到600m 仍然緩慢上升, 最后在700m 時升勢趨緩, 其煙云的輪廓較煙囪排放煙云要窄, 因此擴散的距離也更遠。
由此可見, 盡管傳統煙囪一般比冷卻塔要高, 煙囪排放的煙氣溫度也比冷卻塔排出的混合氣體溫度要高, 但利用冷卻塔排煙時, 由于煙氣與冷卻塔中的水汽混合后, 大量的水汽能將煙氣分散沖淡, 這種大量的混合氣流有著巨大的抬升力, 能使其滲入到大氣的逆溫層中; 另一方面, 這種混合氣流還具有一種慣性, 使其對風的敏感度比煙囪排放的煙氣對風的敏感度要低, 后者極易被風吹散。在可比情況下利用冷卻塔排放的煙氣比煙囪排放的煙氣氣流更大, 上升的時間也更長, 擴散高度更高, 因而認為利用冷卻塔排放煙氣的污染比煙囪排放低, 利于降低環境污染, 保護環境。
我國現行環境標準和評價導則規定的煙氣抬升高度和環境空氣污染物擴散模式, 是基于采用煙囪排放煙氣這一先決條件。由于采用煙塔合一技術才剛剛開始, 還沒有相應的適合我國環境條件的經驗公式, 煙氣抬升高度和環境空氣污染物擴散模式有待于進一步研究。目前只有中國環境科學研究院利用德國的SöP 模式和拉格朗日模式為某電廠計算了煙氣抬升高度和對地面的附加質量濃度, 需要探討的問題較多。
影響煙氣抬升與擴散的基礎參數有煙氣流速、溫度, 環境風速、氣溫、大氣穩定度、擴散參數及地形條件, 在同等煙氣和環境條件下, 決定性的因子為環境風速和大氣穩定度。
利用S/P 模式和德國煙囪排放抬升公式對比計算某電廠2×300MW 機組在不同大氣穩定度、風速條件下煙氣抬升高度和環境影響顯示, 在大氣不穩定狀態下, 風速為1. 5 m/s 時煙氣通過冷卻塔排放可抬升到1 100m , 而通過煙囪排放則只能達到400 m。風速為3 m/s 時, 煙氣通過冷卻塔排放可抬升到500 m , 而通過煙囪排放則只能達到150 m。在大氣中性狀態下, 不同風速煙氣通過冷卻塔排放可抬升到140～ 200 m , 而通過煙囪排放則只能達到60～ 100 m。在穩定狀態下, 通過冷卻塔排放比通過煙囪排放煙氣抬升高度高50 m 左右。
計算結果表明, 120 m 冷卻塔排放的SO2、NOx和PM10 (漂塵) 年均落地質量分數總體上好于煙囪。采用煙囪方案較冷卻塔年均質量分數增加8%～10%。2 種方案年均質量分數最大值位置一致, 等質量分數線分布趨勢也基本一致。在弱風條件下, 冷卻
塔排放較煙囪有明顯的抬升, 但風速在4. 5 m/s 以上時, 冷卻塔排放的煙氣抬升低于煙囪。
煙塔合一技術的其他特點
a. 煙氣通過冷卻塔排放, 可節省煙囪、濕法脫硫系統中的煙氣再熱(GGH) 裝置、增壓風機及其相應煙道的費用, 投資一般比煙囪排放低。但根據目前國內的排放標準, 采用煙塔合一技術必須設置脫硝裝置。目前脫硝裝置通常按200 元/kW 來估算投資, 因此采用煙塔合一技術的投資將超出采用煙囪排放的投資。
b. 可通過回收煙氣熱量提高能源效率。可通過在鍋爐尾部增加熱交換器實現(見圖2)。粗略計算,如設計合理, 可以提高電廠效率0. 7% 左右。
c. 采用煙塔合一技術可簡化煙氣系統設計, 由于沒有GGH, 可以合并鍋爐引風機和脫硫增壓風機等。因此煙氣系統比較簡單, 煙道相對而言比較短(見圖2、3)。
d. 冷卻塔中或者在氣流剛離開冷卻塔時會強烈的空氣有害物, 如二氧化硫和氧化氮與氣流中水蒸氣的反應, 結果提前形成酸, 對筒壁形成腐蝕, 并可能在一定程度上影響循環水水質。
e. 冷卻塔噴出的酸性水滴和氣流中的酸性霧滴, 可能在一定程度上對周圍生態環境、建筑物產生影響。
f. 脫硫、脫硝、除塵等設備運行出現故障時, 煙氣不允許直接排入冷卻塔, 需要有應對措施, 如增加備用設備或機組停機。
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