燃煤电厂“烟塔合一”模式下循环冷却水处理技术

何世德，李 锐，张占梅，周 于

(重庆远达水务有限公司，重庆 400039)

燃煤电厂“烟塔合一”模式下循环冷却水处理技术

何世德，李 锐，张占梅，周 于

(重庆远达水务有限公司，重庆 400039)

1 烟塔合一发展趋势

烟塔合一技术，即取消火电厂烟囱，将经除尘、脱硫后的净烟气由自然通风冷却塔排入大气的技术。采用该技术后，不仅可节省工程投资、提高能源效率、降低运行成本，而且还不会影响冷却塔的热力效果、烟气的排放也可达到环保标准。

1.1 烟塔合一的国内外发展趋势

1.1.1 烟塔合一在国外的发展

烟塔合一技术最先在德国使用。1967年，德国提出烟气与冷却塔烟羽混合排放的概念。2003年投产的Neideraussem电厂(1000MW级)也采用此技术。目前德国采用烟塔合一技术运行的电厂有20多座，总装机容量超过12000MW。烟塔合一技术在德国取得成功后，逐渐向世界其他国家推广。如波兰在1994年开始改造了亚沃滋诺电厂3号机组一座高120m、底部直径95m的自然通风冷却塔，用于排放脱硫后烟气［1］。

1.1.2 烟塔合一在我国的应用

华能北京热电厂一期工程4×830t/h超高压塔式直流锅炉配套脱硫工程引进国外烟塔合一技术，是我国首个采用该技术的火电厂，2006-12-20投运，至今运行良好。脱硫系统设4座吸收塔，原烟气经吸收塔净化后通过120m高的自然通风冷却塔排入大气。河北三河发电厂二期工程2×300MW热电联产机组配套脱硫项目，是国内首个国产化烟塔合一项目［2］。目前在建烟塔合一项目还有辽宁大唐国际锦州热电厂、大唐哈尔滨第一热电厂和天津东北郊热电厂一期等。

1.2 烟塔合一技术趋势

火电厂烟气脱硫主要采用石灰石湿法脱硫技术，脱硫后的净烟气达到饱和温度点，一般为45～65℃。为增加脱硫后烟气抬升高度可采取两种方式:一是采用对烟气再加热从烟囱排放;二是借助冷却塔热空气抬升烟气从冷却塔排放，即烟塔合一。

烟塔合一技术与常规做法不同，烟气不通过烟囱排放，而被送至自然通风冷却塔，借助冷却塔热烟气抬升。在塔内，烟气从配水装置上方均匀排放入环境空气中，与冷却水不接触。由于烟气温度高于塔内湿空气温度，会发生混和换热现象，对冷却塔内气体流动工况产生一定的影响。

烟塔合一技术对火电厂锅炉烟气的品质有较高要求。如烟气超标，由冷却塔排出可能使塔内集水装置产生污垢，冷却水质变坏，塔筒腐蚀严重。烟气经过高效除尘、脱硫处理后，其烟尘、SO2浓度可满足要求。据目前国内烟塔合一工程进展情况及环境审批意见，采用烟塔合一技术，NOx排放浓度应控制在200mg/m3以下(按德国标准控制)。低氮燃烧技术是达不到这个标准的，如采用烟塔合一，必须对烟气进行脱硝处理。

从德国烟塔合一技术的应用现状来看，采用烟塔合一技术可以提高电厂能源效率，简化烟气系统设计，减少烟囱、GGH，节省脱硫系统占地面积，合并锅炉引风机和脱硫增压风机，降低电厂投资造价和运行费用，有利于发电成本的降低;更为重要的是烟塔合一技术可以提高脱硫后净烟气的抬升高度，有利于降低环境污染，保护环境［3］。

2 烟塔合一对环境的影响

2.1 利于烟气扩散和保护环境

烟塔合一技术是利用冷却塔巨大热量和热空气量对脱硫后净烟气进行抬升，靠冷却塔气流的提升力，把净烟气中残留的有害物排入环境空气中。尽管气流温度低，但是体积流量较大，故总流量较大，在大多数天气条件下，其抬升高度都能够高于同等条件下烟气从烟囱排出的抬升高度。

采用烟塔合一方式，对于300MW凝汽机组循环冷却水放热为锅炉热量的40% ～45%，按照年均气象条件估算冷却塔热空气量约为1800万m3/h，脱硫净烟气和冷却塔热空气量之比为1∶18，二者混合后总热量上升到锅炉热量的50%，且混合气温度常年较环境温度高12～18℃左右。在风速较小的条件下，脱硫后净烟气的抬升高度借助于冷却塔热空气作用被大幅度提高，从而有利于降低烟气中剩余污染物的地面浓度，有利于环境保护［4］。

2.2 冷却塔腐蚀

借助冷却塔空气抬升烟气，在塔内生成的混合汽水及残留物，会对冷却塔筒壁、淋水架构及淋水装置组件等产生腐蚀及阻堵。

冷却塔中混凝土结构及构件的防腐主要采用耐酸水泥和防腐涂料，采用耐酸水泥效果较好。德国尼德劳森电厂新建978MW机组冷却塔防腐采用耐酸水泥，运行良好，但价格较高，且为保证耐酸水泥的强度固结时间，冷却塔建造周期较长;德国黑泵电厂冷却塔防腐采用防腐涂层，要求内、外壁都进行防腐，一般用耐腐蚀较强的涂料(如环氧树脂)。淋水装置组件一般采用PVC或玻璃钢材料，具有较好的抗腐蚀性能［5］。

2.3 循环水系统浓缩倍率增大

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，则循环水的蒸发损失量越大。如果循环水的排污水量仍保持不变，烟气与冷却水有一定接触，烟气中的可溶性气体和固体颗粒随之进入循环水系统，造成循环水中溶解性固体、悬浮物及含盐量增加，系统形成污垢和结垢的倾向性增加。循环水中的杂质和盐类使浓缩倍率增大，必须通过增加循环水量来减小循环水浓缩倍率。

2.4 循环水系统pH值降低

脱硫后净烟气仍含有一定量的SO2、SO3、NO、氯化物和CO2等有害气体，净烟气进入冷却塔后在塔内上升过程中与饱和热湿空气接触，部分水蒸汽遇冷凝结成雾滴，雾滴在冷却塔塔壁上聚集成较大的液滴，这些液滴因含有烟气所带的酸性气体而呈现出较强的酸性，加剧循环水系统腐蚀。

3 烟塔合一模式下循环水处理技术

3.1 循环水量及温度

为保证冷却塔的抬升效果，冷却塔出口外混合气体垂直上升速度必须达到3m/s(德国设计要求为3～6m/s)，这就要求进入冷却塔的循环水达到一定水量和温度。对带供热机组的电厂，冬季大量供热导致循环水量下降，但由于冬季时混合气与环境气温的温差也很大，其抬升并未因循环水量小受到明显影响。夏季时，少量供热导致循环水量急剧增加，全厂总的循环水量波动较大，因此设计主要针对夏季的运行参数［6］。烟塔内的热交换由于热烟气的进入变得更加明显，水损失量可能比常规冷却塔高，其补充水量略增加。参照德国的设计，为保证脱硫后净烟气正常排放和抬升，烟塔合一的设计要求为汽轮机冷却循环水水量不能小于设计值50%或者不能低于冷却塔热负荷的30%。

烟塔的冷却水温度由当地的气候条件和运行工况决定，一般取值夏季最热工况，热水温度为25～35℃，极少数超过35℃，也有超过40℃的情况，如华能北京热电厂;冷水温度为15～25℃，个别达到31.5℃;冷却水温差为8～10℃。参照德国冷却塔的运行方式，控制循环水出塔水温为13～15℃［7］。

3.2 循环冷却水系统材料和流速控制

德国电厂除了在循环冷却水中添加药剂外，还通过选择耐腐蚀材料来减缓系统腐蚀。如以河水为补充水的开式循环冷却水系统，当氯化物浓度小于500mg/L时，凝汽器管材料选择 X5CrNi1810或CuZn28Sn1;端板和循环水管道选择St37－2或HII环氧树脂涂层，或者CuZn30Pb0.5;水室选择St环氧化物、焦油树脂或环氧树脂涂层;小管道用镀锌管、不锈钢管或厚壁塑料管如PP;管径大于200mm时，有的还用塑料或橡胶内衬钢管，或玻璃钢管等。

德国电厂凝汽器管内冷却水流速一般为1.5～2.7m/s，当悬浮物含量较高时控制 1.5 ～2.2m/s，对 B30 管道而言，应控制流速为2.2 ～2.4m/s，以防止悬浮物沉积。国内电厂凝汽器管内流速一般为1.0～2.0m/s，有的电厂采取少开循环水泵的方式节能，因此流速有时小于1.0m/s。德国某电厂实际流速仅为0.67～1.0m/s，因此循环冷却水中同样的悬浮物含量，在德国电厂可能不会发生沉积和形成污垢等问题，即使沉积，仍可以利用机组停运进行清理;但对于国内电厂，低流速可能会引发严重的沉积问题。因此，在进行循环水系统管理时应引起足够重视，即依据技术经济比较，适当提高流速［8］。

3.3 循环冷却水系统的自动监测

通过冷却塔排放湿法烟气脱硫净烟气，会使一定量的污染物进入循环冷却水系统，导致循环水杂质增加，pH值降低，电导率升高，系统腐蚀速度加快。循环水水质、水量波动性大，而依据人工检测进行调控，一方面工作量大量增加，另一方面也难以实现即时控制;而采用自动监控技术，不仅可优化药剂投加量，且可自动控制排污，实现水质的稳定和水量的平衡。烟塔合一模式下循环水悬浮物的含量，一般要求满足普通循环水质量标准即可，但由于脱硫净烟气带入的石膏等影响，循环水中悬浮物含量增加，需要加强运行监督和定期清理，循环水系统采用自动监测是一种可行的办法。

3.4 对补充水进行深度处理

深度处理一方面可以稳定补充水水质，另一方面适当提高循环水的碱度，维持循环水的pH值在8.0～8.3左右，解决酸性带来的腐蚀问题。在无法向冷却塔大量补水时(如每年高负荷期间)，设计一个容量不太大的旁流处理系统。在负荷较低时，不断更换冷却水。在缺水地区和补充水源较特殊(如补充水为城市污水)的电厂，不适宜采取大量换水的方式，建议采取旁流处理方式。实施烟塔合一工程后无法停运检修冲洗，也可采用旁流处理控制水质。采用旁流处理系统能有效清除杀菌灭藻时剥离的悬浮物，同时还能去除FGD带入的大量烟尘、石膏等杂质。

3.5 循环冷却水稳定剂的使用

火电厂冷却水在冷却塔长期循环使用，会出现系统腐蚀、结垢和生物粘泥等问题，应使用循环冷却水药剂。水处理配方从磷系复合配方发展至全有机配方，如新型膦酸盐及新型共聚物，无磷和无金属水处理配方也开始出现。烟塔合一模式下，循环冷却水药剂可采用新型水质稳定剂来控制腐蚀、结垢和生物粘泥，这些新型水处理药剂配方与管理的科学化，控制的自动化相结合，使得烟塔合一模式下循环水水处理技术满足电厂要求。

4 结语

烟塔合一技术的研究和应用在我国才刚刚起步，从目前北京热电厂应用烟塔合一技术的情况来看，前景令人乐观。烟塔合一技术可以提高能源效率，简化烟气系统设计，减少烟囱和GGH，提高脱硫后净烟气的抬升高度，有利于降低环境污染。烟塔合一对冷却塔循环水有一定影响，采取一定的技术手段可使烟塔合一脱硫系统正常运行。实施烟塔合一，应特别注意对循环水水量、水质的控制及凝汽器管材和水质稳定剂的选取。

［1］蕴 琳.火电厂烟塔合一技术的应用［J］.电力建设，2005，2(26):11.

［2］于国续.烟塔合一技术与应用前景研究［J］.吉林电力，2006，4(34):1－2.

［3］井惟如.烟塔合一技术概况［J］.华北电力技术，2005，(10):48 －50.

［4］韩月荣.烟塔合一技术的环保优势［J］.河北电力技术，2005，3(24):36－38.

［5］秦松波.烟塔合一技术［J］.上海电力，2007，(5):492 －493.

［6］姚友成，侯宪安.烟塔合一的冷却塔腐蚀与防护［J］.电力勘察设计，2006，(5):17 －19.

［7］曾德勇，何育东.国内烟塔合一工程初步设计思路［J］.热力发电，2005，(9):1 －4.

［8］曾德勇，罗奖合.由冷却塔排放烟气脱硫净烟气对循环冷却水水质的影响及其对策研究［J］.热力发电，2005，(3):61－62.

Technology of circulating cooling water treatment for cooling tower with flue gas injection in power plant

介绍了燃煤电厂烟塔合一技术的发展趋势，探讨了烟塔合一模式对循环冷却水的影响，分析了烟塔合一模式下循环冷却水处理技术的可行性，提出了烟塔合一对循环水的影响对策。

烟塔合一;循环冷却水;处理技术

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，四川省广汉人，高级工程师，主要从事火电厂水污染控制工作。E－mail:449594311@qq.com

中电投集团科技项目(2009010CQDKJX1)