煙塔循環水量和水質的設計。
( 1) 循環水水量。為了保證冷卻塔的抬升效果,冷卻塔出口混合氣體的出口氣體垂直上升速度必須大于3 m/s, 這樣, 就要求進入冷卻塔的循環水達到一定水量和熱量, 一般來說, 每加熱50℃、106 Nm3/h的脫硫后凈煙氣, 至少需要約60 MW 的熱量, 最大甚至到200～250 MW。對帶供熱機組的電廠, 冬季大量供熱導致循環水量大大下降, 夏季少量供熱又導致循環水量急劇增加, 因此全廠總的循環水量波動較大, 但一般冬季時, 混合氣與環境氣溫的溫差也很大, 因此其抬升并未因循環水量小受到明顯影響, 因此設計主要針對夏季的運行參數。
需要注意的是, 煙塔的熱交換由于熱煙氣的進入變得更加明顯, 因此損失量可能比常規冷卻塔高些, 其補充水量略增加。
( 2) 循環水水質。為了保證煙塔填料的清潔, 煙塔循環水的水質必須達到一定的要求, 特別是懸浮物的含量, 一般要求滿足普通循環水質量標準即可,但由于脫硫凈煙氣帶入的石膏等影響, 因此煙塔的懸浮物含量可能會增加, 需要加強運行監督和定期清理。表1 是煙塔設計、投運前和投運后的水質對比, 表中還未顯示出循環冷卻水濁度的明顯變化, 還需要進一步觀察, 但循環水的另一個重要指標- 冷凝水pH 值確實呈弱酸性。
1 煙塔的基本結構
煙塔的基本結構見圖1, 包括煙塔本體、煙道、塔芯填料等。脫硫后的煙氣通過玻璃鋼煙道(FRP)進入自然通風冷卻塔塔心垂直排放, 國外也有采用沿煙道向上布置的分配箱分段排放的方式。
2 塔的尺寸
目前世界上采用煙塔的底部直徑一般為70～110 m, 高度一般為100～200 m, 出口直徑一般為40～80 m。某煙塔合一電廠煙塔的高度為120 m, 底部直徑為70m, 出口直徑為42m。FGD 出口二氧化硫排放濃度小于100mg/Nm3, 實際運行一般小于50mg/Nm3,但國外一般為200～400mg/Nm3。
3 煙塔構件設計
煙塔構件包括: 塔殼、殼支柱、環基、樁基、進水管道、塔內豎井管道、布水槽、冷卻水池、冷卻水出口等。
( 1) 煙塔殼體采用典型的雙曲線結構, 煙塔內外壁均有加厚層, 以提高煙塔殼體的強度。煙塔所用混凝土等級比較高。在煙塔的殼體上, 設計有直徑比圓型FRP 煙道孔大1.5～2.0 m 的圓孔, 在FRP 煙道安裝完畢后, 這個縫將被封閉。
( 2) 地基處理和人字柱。煙塔的人字柱可以為預制混凝土, 也可以現澆, 采用負荷地基處理技術, 地基的處理采用粉煤灰灌注樁形式。與常規冷卻塔相比, 人字柱直徑比較大, 但數量少, 柱子為加強型混凝土, 其中1 對人字柱之間的夾角稍大, 主要目的是運輸FRP 煙道用通道。
( 3) 煙塔上水管和配水系統。去中央豎井的循環水管道仍然布置在水池底上面, 整個循環管道除接口部分采用碳鋼管道連接外, 其他管道采用PCCP管。煙塔進中央豎井的上水管采用混凝土澆注而成。煙塔熱水進水方溝設計流速比國內的設計流速高約20%。進水槽將冷卻水送入主豎井管道和槽管式布水系統。布水管道由支撐架構、橫梁支撐。煙塔的配水采用槽管式相結合的方式, 即從中央豎井來的熱水通過4 路配水槽分布, 配水槽內的水再通過PP 管分配, 最后再通過PP 管上的噴頭噴出。如果關閉各配水槽的閥門, 熱水則從中央豎井旁的旁路自流到水池中。
( 4) 冬季運行系統包括分區運行、化冰管開啟運行和旁路運行等。煙塔有6 個分區, 分區及化冰管的閥門采用不銹鋼手動閘閥, 布置在塔內中央豎井里。當氣溫低于5～8℃時, 進入冬季運行狀態, 此時要打開化冰管, 化冰管開啟后, 循環水溫差可比不投前降低5℃, 煙塔周圍的結冰也基本消除。煙塔化冰管從中央豎井通過配水槽端部引到塔周圍, 而不是環冷卻塔池布置水管再垂直上水給化冰管, 化冰管采用玻璃鋼(FRP)管道或者PP 管。隨著氣溫的降低, 逐步關閉冷卻塔中央的分區,以滿足冷卻塔出口循環水溫維持在13～14℃左右,隨著氣溫降低, 冷卻塔出口循環水溫繼續降低, 這時再逐漸關閉其他區域, 當淋水面積小于整個煙塔的50%時, 設計有旁路系統, 當手動閥門關閉時, 循環水直接通過豎井旁路向下流到水池中。操作分區即可自動, 也可手動操作。自動運行時, 由安放在填料下的測量槽內的PT- 100 鉑電阻溫度測量儀測量循環水溫度, 根據PT100 測得的溫度平均值以及當地的氣象站測得的環境溫度來進行控制。
( 5) 其他事項。德國設計的冷卻塔池底有一個斜坡通向塔外溝道, 在清淤時用水將淤泥沖至溝道, 再用吸泥泵抽走, 但有的只設計有1 個清淤用的坡道。為了減小大風情況下冷卻水霧穿過冷卻塔淋水區, 通過進風口飄逸而影響周圍設備的運行, 造成濕滑、結冰, 在填料與水池水面間有4 面擋風墻, 防止風對流, 擋風墻是格柵式的, 水泥澆注, 這樣可以減小風對墻的沖擊。防雷系統的設計按照中國的標準GB50057- 94《建筑物防雷設計規范》的要求進行設計, 在塔外與全廠防雷接地網連通。走道、欄桿均用防酸腐蝕的不銹鋼或FRP 做成, 較少用碳鋼。FRP 煙道的基礎是混凝土澆注而成, 預埋不銹鋼板, FRP 導向支撐用耐腐蝕不銹鋼做成。
4 塔芯設備
與國內普通自然通風冷卻塔設計不同, 煙塔的塔芯填料直接鋪設在最下層淋水構件上, 而不是在淋水構件再設支架進行鋪設。配水管也是鋪設在中層淋水構件上, 而不是吊在淋水構件上。收水器是鋪設在上層淋水構件上, 而不是鋪設在配水管上。噴頭的方向向上。塔芯設備包括中央豎井、主水槽、支管、噴頭、填料、收水器、分區閥門、化冰管等, 現成的塔芯設備均在國內采購。
中央豎井設計比較復雜( 圖3) , 由于有FRP 煙道支座, 煙道采用高位進入, 因此中央豎井比較高,比普通塔高約10 m, 包括旁路水槽出水層( 第1層) 、填料層( 第2 層) 閥門操作平臺( 第3 層) 和煙道導向支座平臺( 第4 層) 。淋水填料采用薄膜式, 為了保證淋水填料層分區效果, 采用擋風板進行隔絕。收水系統位于布水系統的上部, 直接放在橫梁上, 而不是放在配水支管上, 因此在煙塔的淋水層,看不到淋水構件, 也便于檢修更換。收水器由普通波形板組成。煙塔設計淋水密度比普通塔高, 最高時可到50%, 因此非常利于煙氣抬升。
5 煙塔的防腐設計
為了防止低pH 酸性冷凝液腐蝕煙塔, 德國專門為煙塔設計了防腐, 煙塔的防腐有2 種方式, 一種是采用耐酸水泥, 一種是噴涂防腐涂料, 噴涂防腐涂料工藝應用較廣泛。
6 煙道
在設計主煙道前, 必須確認FGD 出口煙氣成分( 三氧化硫、氟化氫、氯化氫等) 、溫度、壓力、流量,然后通過計算得出玻璃鋼煙道中排出氣體的成分,因為這影響到耐腐蝕樹脂的用量與厚度。FRP 煙道的所有樹脂均用DOW樹脂, 因此具有良好的耐腐蝕作用。煙塔內煙道的支撐由混凝土基礎加FRP 支撐組成, 煙塔外的煙道安裝不銹鋼支撐。無論在煙塔附近是否安裝支撐, FRP 煙道與煙塔塔壁均不直接接觸, 中間留有非金屬材料密封的縫隙。
