( 1) 循環(huán)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(huán)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(dǎo)致循環(huán)水量大大下降, 夏季少量供熱又導(dǎo)致循環(huán)水量急劇增加, 因此全廠總的循環(huán)水量波動較大, 但一般冬季時, 混合氣與環(huán)境氣溫的溫差也很大, 因此其抬升并未因循環(huán)水量小受到明顯影響, 因此設(shè)計主要針對夏季的運行參數(shù)。
( 2) 循環(huán)水水質(zhì)。為了保證煙塔填料的清潔, 煙塔循環(huán)水的水質(zhì)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(huán)水質(zhì)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(jiān)督和定期清理。表1 是煙塔設(shè)計、投運前和投運后的水質(zhì)對比, 表中還未顯示出循環(huán)冷卻水濁度的明顯變化, 還需要進一步觀察, 但循環(huán)水的另一個重要指標- 冷凝水pH 值確實呈弱酸性。
煙塔的基本結(jié)構(gòu)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(fēng)冷卻塔塔心垂直排放, 國外也有采用沿?zé)煹老蛏喜贾玫姆峙湎浞侄闻欧诺姆绞健?/div>
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(gòu)件設(shè)計
煙塔構(gòu)件包括: 塔殼、殼支柱、環(huán)基、樁基、進水管道、塔內(nèi)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(jié)構(gòu), 煙塔內(nèi)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(shè)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(yù)制混凝土, 也可以現(xiàn)澆, 采用負荷地基處理技術(shù), 地基的處理采用粉煤灰灌注樁形式。與常規(guī)冷卻塔相比, 人字柱直徑比較大, 但數(shù)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(tǒng)。去中央豎井的循環(huán)水管道仍然布置在水池底上面, 整個循環(huán)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(shè)計流速比國內(nèi)的設(shè)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(tǒng)。布水管道由支撐架構(gòu)、橫梁支撐。煙塔的配水采用槽管式相結(jié)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(nèi)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(guān)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(tǒng)包括分區(qū)運行、化冰管開啟運行和旁路運行等。煙塔有6 個分區(qū), 分區(qū)及化冰管的閥門采用不銹鋼手動閘閥, 布置在塔內(nèi)中央豎井里。當氣溫低于5～8℃時, 進入冬季運行狀態(tài), 此時要打開化冰管, 化冰管開啟后, 循環(huán)水溫差可比不投前降低5℃, 煙塔周圍的結(jié)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(huán)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(guān)閉冷卻塔中央的分區(qū),以滿足冷卻塔出口循環(huán)水溫維持在13～14℃左右,隨著氣溫降低, 冷卻塔出口循環(huán)水溫繼續(xù)降低, 這時再逐漸關(guān)閉其他區(qū)域, 當淋水面積小于整個煙塔的50%時, 設(shè)計有旁路系統(tǒng), 當手動閥門關(guān)閉時, 循環(huán)水直接通過豎井旁路向下流到水池中。操作分區(qū)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(nèi)的PT- 100 鉑電阻溫度測量儀測量循環(huán)水溫度, 根據(jù)PT100 測得的溫度平均值以及當?shù)氐臍庀笳緶y得的環(huán)境溫度來進行控制。
( 5) 其他事項。德國設(shè)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(shè)計有1 個清淤用的坡道。為了減小大風(fēng)情況下冷卻水霧穿過冷卻塔淋水區(qū), 通過進風(fēng)口飄逸而影響周圍設(shè)備的運行, 造成濕滑、結(jié)冰, 在填料與水池水面間有4 面擋風(fēng)墻, 防止風(fēng)對流, 擋風(fēng)墻是格柵式的, 水泥澆注, 這樣可以減小風(fēng)對墻的沖擊。防雷系統(tǒng)的設(shè)計按照中國的標準GB50057- 94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求進行設(shè)計, 在塔外與全廠防雷接地網(wǎng)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(chǔ)是混凝土澆注而成, 預(yù)埋不銹鋼板, FRP 導(dǎo)向支撐用耐腐蝕不銹鋼做成。
4 塔芯設(shè)備
與國內(nèi)普通自然通風(fēng)冷卻塔設(shè)計不同, 煙塔的塔芯填料直接鋪設(shè)在最下層淋水構(gòu)件上, 而不是在淋水構(gòu)件再設(shè)支架進行鋪設(shè)。配水管也是鋪設(shè)在中層淋水構(gòu)件上, 而不是吊在淋水構(gòu)件上。收水器是鋪設(shè)在上層淋水構(gòu)件上, 而不是鋪設(shè)在配水管上。噴頭的方向向上。塔芯設(shè)備包括中央豎井、主水槽、支管、噴頭、填料、收水器、分區(qū)閥門、化冰管等, 現(xiàn)成的塔芯設(shè)備均在國內(nèi)采購。
中央豎井設(shè)計比較復(fù)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(dǎo)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(qū)效果, 采用擋風(fēng)板進行隔絕。收水系統(tǒng)位于布水系統(tǒng)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(gòu)件, 也便于檢修更換。收水器由普通波形板組成。煙塔設(shè)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(shè)計
為了防止低pH 酸性冷凝液腐蝕煙塔, 德國專門為煙塔設(shè)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(yīng)用較廣泛。
6 煙道
在設(shè)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(nèi)煙道的支撐由混凝土基礎(chǔ)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。
