烟塔循环水量和水质的设计。

( 1) 循环水水量。为了保证冷却塔的抬升效果,冷却塔出口混合气体的出口气体垂直上升速度必须大于3 m/s, 这样, 就要求进入冷却塔的循环水达到一定水量和热量, 一般来说, 每加热50℃、106 Nm3/h的脱硫后净烟气, 至少需要约60 MW 的热量, 最大甚至到200～250 MW。对带供热机组的电厂, 冬季大量供热导致循环水量大大下降, 夏季少量供热又导致循环水量急剧增加, 因此全厂总的循环水量波动较大, 但一般冬季时, 混合气与环境气温的温差也很大, 因此其抬升并未因循环水量小受到明显影响, 因此设计主要针对夏季的运行参数。

需要注意的是, 烟塔的热交换由于热烟气的进入变得更加明显, 因此损失量可能比常规冷却塔高些, 其补充水量略增加。

( 2) 循环水水质。为了保证烟塔填料的清洁, 烟塔循环水的水质必须达到一定的要求, 特别是悬浮物的含量, 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, 因此烟塔的悬浮物含量可能会增加, 需要加强运行监督和定期清理。表1 是烟塔设计、投运前和投运后的水质对比, 表中还未显示出循环冷却水浊度的明显变化, 还需要进一步观察, 但循环水的另一个重要指标- 冷凝水pH 值确实呈弱酸性。

1 烟塔的基本结构

烟塔的基本结构见图1, 包括烟塔本体、烟道、塔芯填料等。脱硫后的烟气通过玻璃钢烟道(FRP)进入自然通风冷却塔塔心垂直排放, 国外也有采用沿烟道向上布置的分配箱分段排放的方式。

2 塔的尺寸

目前世界上采用烟塔的底部直径一般为70～110 m, 高度一般为100～200 m, 出口直径一般为40～80 m。某烟塔合一电厂烟塔的高度为120 m, 底部直径为70m, 出口直径为42m。FGD 出口二氧化硫排放浓度小于100mg/Nm3, 实际运行一般小于50mg/Nm3,但国外一般为200～400mg/Nm3。

3 烟塔构件设计

烟塔构件包括: 塔壳、壳支柱、环基、桩基、进水管道、塔内竖井管道、布水槽、冷却水池、冷却水出口等。

( 1) 烟塔壳体采用典型的双曲线结构, 烟塔内外壁均有加厚层, 以提高烟塔壳体的强度。烟塔所用混凝土等级比较高。在烟塔的壳体上, 设计有直径比圆型FRP 烟道孔大1.5～2.0 m 的圆孔, 在FRP 烟道安装完毕后, 这个缝将被封闭。

( 2) 地基处理和人字柱。烟塔的人字柱可以为预制混凝土, 也可以现浇, 采用负荷地基处理技术, 地基的处理采用粉煤灰灌注桩形式。与常规冷却塔相比, 人字柱直径比较大, 但数量少, 柱子为加强型混凝土, 其中1 对人字柱之间的夹角稍大, 主要目的是运输FRP 烟道用通道。

( 3) 烟塔上水管和配水系统。去中央竖井的循环水管道仍然布置在水池底上面, 整个循环管道除接口部分采用碳钢管道连接外, 其他管道采用PCCP管。烟塔进中央竖井的上水管采用混凝土浇注而成。烟塔热水进水方沟设计流速比国内的设计流速高约20%。进水槽将冷却水送入主竖井管道和槽管式布水系统。布水管道由支撑架构、横梁支撑。烟塔的配水采用槽管式相结合的方式, 即从中央竖井来的热水通过4 路配水槽分布, 配水槽内的水再通过PP 管分配, 最后再通过PP 管上的喷头喷出。如果关闭各配水槽的阀门, 热水则从中央竖井旁的旁路自流到水池中。

( 4) 冬季运行系统包括分区运行、化冰管开启运行和旁路运行等。烟塔有6 个分区, 分区及化冰管的阀门采用不锈钢手动闸阀, 布置在塔内中央竖井里。当气温低于5～8℃时, 进入冬季运行状态, 此时要打开化冰管, 化冰管开启后, 循环水温差可比不投前降低5℃, 烟塔周围的结冰也基本消除。烟塔化冰管从中央竖井通过配水槽端部引到塔周围, 而不是环冷却塔池布置水管再垂直上水给化冰管, 化冰管采用玻璃钢(FRP)管道或者PP 管。随着气温的降低, 逐步关闭冷却塔中央的分区,以满足冷却塔出口循环水温维持在13～14℃左右,随着气温降低, 冷却塔出口循环水温继续降低, 这时再逐渐关闭其他区域, 当淋水面积小于整个烟塔的50%时, 设计有旁路系统, 当手动阀门关闭时, 循环水直接通过竖井旁路向下流到水池中。操作分区即可自动, 也可手动操作。自动运行时, 由安放在填料下的测量槽内的PT- 100 铂电阻温度测量仪测量循环水温度, 根据PT100 测得的温度平均值以及当地的气象站测得的环境温度来进行控制。

( 5) 其他事项。德国设计的冷却塔池底有一个斜坡通向塔外沟道, 在清淤时用水将淤泥冲至沟道, 再用吸泥泵抽走, 但有的只设计有1 个清淤用的坡道。为了减小大风情况下冷却水雾穿过冷却塔淋水区, 通过进风口飘逸而影响周围设备的运行, 造成湿滑、结冰, 在填料与水池水面间有4 面挡风墙, 防止风对流, 挡风墙是格栅式的, 水泥浇注, 这样可以减小风对墙的冲击。防雷系统的设计按照中国的标准GB50057- 94《建筑物防雷设计规范》的要求进行设计, 在塔外与全厂防雷接地网连通。走道、栏杆均用防酸腐蚀的不锈钢或FRP 做成, 较少用碳钢。FRP 烟道的基础是混凝土浇注而成, 预埋不锈钢板, FRP 导向支撑用耐腐蚀不锈钢做成。

4 塔芯设备

与国内普通自然通风冷却塔设计不同, 烟塔的塔芯填料直接铺设在最下层淋水构件上, 而不是在淋水构件再设支架进行铺设。配水管也是铺设在中层淋水构件上, 而不是吊在淋水构件上。收水器是铺设在上层淋水构件上, 而不是铺设在配水管上。喷头的方向向上。塔芯设备包括中央竖井、主水槽、支管、喷头、填料、收水器、分区阀门、化冰管等, 现成的塔芯设备均在国内采购。

中央竖井设计比较复杂( 图3) , 由于有FRP 烟道支座, 烟道采用高位进入, 因此中央竖井比较高,比普通塔高约10 m, 包括旁路水槽出水层( 第1层) 、填料层( 第2 层) 阀门操作平台( 第3 层) 和烟道导向支座平台( 第4 层) 。淋水填料采用薄膜式, 为了保证淋水填料层分区效果, 采用挡风板进行隔绝。收水系统位于布水系统的上部, 直接放在横梁上, 而不是放在配水支管上, 因此在烟塔的淋水层,看不到淋水构件, 也便于检修更换。收水器由普通波形板组成。烟塔设计淋水密度比普通塔高, 最高时可到50%, 因此非常利于烟气抬升。

5 烟塔的防腐设计

为了防止低pH 酸性冷凝液腐蚀烟塔, 德国专门为烟塔设计了防腐, 烟塔的防腐有2 种方式, 一种是采用耐酸水泥, 一种是喷涂防腐涂料, 喷涂防腐涂料工艺应用较广泛。

6 烟道

在设计主烟道前, 必须确认FGD 出口烟气成分( 三氧化硫、氟化氢、氯化氢等) 、温度、压力、流量,然后通过计算得出玻璃钢烟道中排出气体的成分,因为这影响到耐腐蚀树脂的用量与厚度。FRP 烟道的所有树脂均用DOW树脂, 因此具有良好的耐腐蚀作用。烟塔内烟道的支撑由混凝土基础加FRP 支撑组成, 烟塔外的烟道安装不锈钢支撑。无论在烟塔附近是否安装支撑, FRP 烟道与烟塔塔壁均不直接接触, 中间留有非金属材料密封的缝隙。