烟塔合一技术的环保优势(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1

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在排放源附近，烟气的抬升受环境湍流影响较小。大气层的温度层不是很稳定时，烟气抬升路径主要受自身湍流影响，决定于烟气的浮力通量、动量通量及环境风速等。这段时间大约为几十秒至上百秒，这段时间内烟气上升路径呈曲线形式。烟气在抬升过程中，由于自身湍流的作用，会不断卷入环境空气。由于烟气不断卷入具有负浮力的环境空气，同时又受到环境中正位温梯度的抑制，它的抬升高度路径会逐渐变平，直至终止抬升［1］。

湿烟气也遵循以上抬升规律，不同的是饱和的湿烟气在抬升过程中，会因为压强的降低及饱和比湿的减小而出现水蒸气凝结。水蒸气凝结会释放凝结潜热，这会使湿烟气温度升高，浮力增加。在不饱和的环境下，湿烟气中只有很小的一部分水蒸气会凝结，因水蒸气凝结所释放的潜热使烟气的浮力增加不会很大。然而，当饱和的湿烟气升入饱和大气环境中，这种潜热释放会明显改变抬升高度，抬升高度会成倍的增加。图2是干、湿烟气抬升高度的对比，可以看出同样体积的湿烟气的抬升高度相当于将干烟气加热了几十度。

干、湿烟气抬升高度对比见图2。

目前国内大型火电厂机组烟囱高度一般都在180~240 m，冷却塔高度在110~150 m，高度相差较大。在相同条件下，湿烟气的抬升高于干烟气。

2.1.2实际抬升高度分析

根据GB 132232003《火电厂大气污染物排放标准》中推荐的烟气抬升高度计算方法［3］，烟气抬升高度DH是正比于烟气热释放率QH、烟囱高度Hs的，反比于烟气抬升计算风速Us；而热释放率正比于排烟率和烟气温度与环境温度之差ΔT 。

当QH≥21 000 kJ/s，且ΔT≥35 K时, 城市、丘陵的抬升高度：

Hs——烟囱的几何高度，m；
ΔT ——烟囱出口处烟气温度与环境温度之差，K；
QH——烟气热释放率，kJ/s；
CP——标准状态下烟气平均定压比热，1.38 kJ/m3K；
V0——标准状态下排烟率，m3/s，当一座烟囱连接多台锅炉时，该烟囱的V0为所连接的各锅炉该项数值之和。

冷却塔的烟气量是烟囱排烟烟气量的10倍左右，热释放率很大。相对来说，汽轮机排汽通过冷却水带走的热量占全厂的50%左右（按热效率分摊），尾部烟气带走的热量只占5%左右，冷却塔烟气的温度虽然较低，但水蒸气巨大的热释放率弥补了冷却塔高度的不足，从而较低的冷却塔排烟的实际抬升高度不低于高架烟囱。这是在环境湿度不饱和的状态下的情况。在环境处于饱和状态时，冷却塔烟气抬升高度将大大高于烟囱排烟。德国科学家在Volklingen实验电站测得的烟气抬升结果也证实了冷却塔排烟抬升高度高于烟囱排烟，见图3。

2.2SO2落地浓度

德国某电厂冷却塔与烟囱排放烟气年平均落地浓度的比较见图4，从图中可以看出，对于高烟囱和低冷却塔排放的烟气，污染物SO2的落地浓度相差不多。

值得注意的一点是：有时大气边界层基本处于近中性状态，但有那么一层或几层是逆温的。在逆温情况下，低层空气中上下交换受到阻碍，如果上下交换能够进行，就要消耗能量。电厂烟气具有较高的能量和较大的浮力时，就可以比较容易的穿过逆温层，如果烟气全部都穿透了逆温层，它就不再返回下部，对地面造成污染。如果烟气的浮力不足以穿透逆温层，那么它就被封闭在逆温层以下，从而造成较严重的污染。由于烟塔合一技术排放的混合烟气含有大量的水蒸气，水蒸气中的热量大于空中烟气漂走带的热量，具有较大的浮力，所以上下层交换就能够进行。因此在天气不好的情况下，利用冷却塔排烟优于烟囱排烟。

2.3不同形式的冷却塔对SO2落地浓度的影响

利用冷却塔排放脱硫烟气，按一个面源来看待冷却塔排烟，如果冷却塔的高度和出口内径对烟气的落地浓度有影响，那么冷却塔的高度和出口内径的选择，不能只从冷却方面考虑，还要从环保角度考虑选择最佳方案。

德国H.Damjakob等人对冷却塔的变异体进行了研究。观测出了变异塔的污染物落地浓度。研究变异塔就是改变一个选定的基准冷却塔的几何形状，观测其特殊的热力数据状况。在下列假设情况下研究所有的冷却塔：在扬程相同的情况下，将相同流量的水从相同的热水温度冷却到相同的冷水温度，基准冷却塔高140 m，其基础直径约102 m，出口直径为57.5 m，它是为一台容量590 MW的抽汽供热机组设计的，冷却水的流量为12 300 kg/s，在大气温度为10 ℃，湿球温度为8 ℃，大气压力为101.3 kPa时，冷却水温度为18 ℃，可以冷却1台550 MW的发电机组，该发电机组的烟气是由冷却塔排放。

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