1   概述

1.1  工程概況

某濱海熱電廠工程（以下簡(jiǎn)稱“本工程”）規(guī)模為，本期建設(shè)2×350MW超臨界燃煤機(jī)組，規(guī)劃容量4×350MW超臨界燃煤供熱機(jī)組，工程廠址濱海，不在機(jī)場(chǎng)凈空限制區(qū)域。

本工程供水系統(tǒng)擬采用海水冷卻塔二次循環(huán)供水系統(tǒng)，海水補(bǔ)給水取自廠址附近海域。

1.2  “煙塔合一”技術(shù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用概況

火電廠鍋爐排出的煙氣通過(guò)冷卻塔排放，即簡(jiǎn)稱為“煙塔合一”的技術(shù)是國(guó)內(nèi)2006年以來(lái)在電力工程設(shè)計(jì)中引起關(guān)注的一項(xiàng)新技術(shù)。

由于火電廠煙氣濕法脫硫技術(shù)的采用，脫硫后煙氣溫度低，煙囪排煙存在煙氣抬升高度不足和腐蝕問(wèn)題。為增加脫硫后煙氣抬升高度，提出煙氣從冷卻塔排放的“煙塔合一”方案。

據(jù)文獻(xiàn)介紹，用冷卻塔排煙，理論上有利于煙氣的抬升與擴(kuò)散，從而可以彌補(bǔ)冷卻塔幾何高度的不足，滿足環(huán)境保護(hù)要求，具有一定的環(huán)境可行性。但是，由于冷卻塔防腐費(fèi)用較高，一般煙塔合一方案的投資遠(yuǎn)高于常規(guī)的煙囪排煙方案。隨環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，煙氣脫硝已不可廻避，使采用煙塔合一與常規(guī)的煙囪排煙方案的投資差距已在縮小。

自2006年華能北京高碑店熱電廠第一座排煙冷卻塔投運(yùn)以來(lái)，在國(guó)內(nèi)火電行業(yè)引起了強(qiáng)烈反響，出于對(duì)新技術(shù)的敏感，國(guó)內(nèi)一些工程紛紛準(zhǔn)備采用“煙塔合一”。據(jù)了解采用了“煙塔合一”的工程有華能北京熱電廠、國(guó)華三河電力有限公司二期、天津東北郊熱電廠、石家莊良村熱電廠、大唐哈爾濱第一熱電廠、錦州熱電廠、大連干井子熱電廠、朝陽(yáng)熱電廠、天津軍糧城電廠、國(guó)華徐州電廠、寶雞第二發(fā)電廠、廣東中山熱電廠、哈爾濱平南熱電廠等，這些工程已通過(guò)了環(huán)境影響評(píng)價(jià)，有的在建，有的已投產(chǎn)。這些工程采用“煙塔合一”的原因大都是由于電廠的煙囪高度受到廠址附近機(jī)場(chǎng)的限制。

某些工程，如浙江寧海電廠二期，采用海水二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，采用煙塔合一冷卻塔可不必另外采取防腐措施，這既利用了海水冷卻塔的防腐措施，又省去了煙囪，從而節(jié)約了投資，因此業(yè)主對(duì)此饒有興趣，后因某些原因最終未采用。

2   本工程排煙與冷卻方案簡(jiǎn)介

2.1  煙囪+海水塔方案

本工程二臺(tái)鍋爐合用一座鋼筋混凝土煙囪，煙囪高度為180m，出口直徑為7.5m。冷卻設(shè)施為每臺(tái)機(jī)組配一座淋水面積為3845m²的雙曲線自然通風(fēng)海水冷卻塔。

2.2  煙塔合一方案

2.2.1       海水排煙塔

根據(jù)優(yōu)化比選，每臺(tái)機(jī)組配一座淋水面積為3845m²的雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔。冷卻塔為海水細(xì)高型排煙冷卻塔，高130m，承擔(dān)機(jī)組的排煙和冷卻功能。

2.2.2       煙氣系統(tǒng)流程和系統(tǒng)配置方案

“煙塔合一”的煙氣排放系統(tǒng)由煙道和冷卻塔構(gòu)成。其煙氣流程為自空預(yù)器煙氣側(cè)出口→除塵器→引風(fēng)機(jī)→原煙道→吸收塔→凈煙道→排煙冷卻塔。

根據(jù)排煙塔、鍋爐脫硫設(shè)備和煙道的配置與連接方式，結(jié)合熱電廠的供熱可靠性要求，本工程配置的凈煙道采用煙道半交叉方案，一機(jī)配一座排煙塔。

2.3   廠區(qū)總平面布置格局

2.3.1       煙囪+海水塔方案

采用常規(guī)的總平面三列式格局，依次布置為卸煤、貯煤場(chǎng)區(qū)—主廠房區(qū)（汽機(jī)、鍋爐、脫硫）—配電裝置區(qū)/冷卻塔區(qū)，冷卻塔區(qū)與汽機(jī)房較近，循環(huán)水管溝路徑較短捷。

2.3.2       煙塔合一方案

總平面為四列式格局，依次布置為卸煤、貯煤場(chǎng)區(qū)—煙塔區(qū)（排煙塔、脫硫）—主廠房區(qū)（汽機(jī)、鍋爐）—配電裝置區(qū)。排煙塔布置在爐后，煙道較順，但與汽機(jī)房較遠(yuǎn)，循環(huán)水管溝較長(zhǎng)，部分路徑有迂回。

3   技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1  排煙方案技術(shù)比較

“煙塔合一”方案與煙囪方案技術(shù)比較見下:

由根據(jù)上表，兩個(gè)排煙方案的優(yōu)缺點(diǎn)歸納如下：

1）“煙塔合一”可省去了煙囪，并可利用海水塔的防腐措施，無(wú)煙囪施工工作量；

2）“煙塔合一”總平面布置受限，煙道布置較復(fù)雜，循環(huán)水管長(zhǎng)、煙道長(zhǎng)；

3）“煙囪”方案防腐施工作量和難度均較大；

4）“煙塔合一”環(huán)境影響環(huán)境評(píng)價(jià)嚴(yán)格，飄滴影響不明；

5）“煙塔合一”運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上海水排煙塔尚無(wú)運(yùn)實(shí)踐。

可見兩個(gè)排煙方案技術(shù)上差距不大，煙塔合一”技術(shù)上優(yōu)勢(shì)不明顯，而且有一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2  經(jīng)濟(jì)比較

“煙塔合一”方案與煙囪方案投資差別比較見下表：

注：本表只比較兩個(gè)方案投資上有差異的部分，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為煙囪采用鈦鋼板防腐的投資合計(jì)。

由上表可見，海水“煙塔合一”方案比海水塔+煙囪方案投資高約1550萬(wàn)元，如果煙囪采用鈦鋼板防腐，“煙塔合一”比海水塔+煙囪方案投資還要高約911萬(wàn)元；由于“煙塔合一”總平面布置受限，循環(huán)水管較長(zhǎng)，循環(huán)水泵年運(yùn)行費(fèi)增加48萬(wàn)元，“海水煙塔合一”的方案經(jīng)濟(jì)性明顯處于劣勢(shì)。

4   煙塔合一方案的技術(shù)政策分析

根據(jù)2006年以來(lái)采用煙塔合一工程環(huán)境評(píng)價(jià)的實(shí)踐，關(guān)于環(huán)境影響評(píng)價(jià)的煙氣抬升和環(huán)境空氣污染物擴(kuò)散模式，目前仍無(wú)進(jìn)展，相應(yīng)的適合我國(guó)環(huán)境條件的經(jīng)驗(yàn)公式，煙氣抬升和環(huán)境空氣污染物擴(kuò)散模式還有待于進(jìn)一步研究，尚無(wú)相應(yīng)的環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法。由于無(wú)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，且認(rèn)識(shí)上可能還不盡一致，2007年，營(yíng)口熱電廠新建工程就是因環(huán)境評(píng)價(jià)評(píng)審過(guò)程出現(xiàn)了問(wèn)題，迫使業(yè)主放棄了煙塔合一。

據(jù)悉，2009年10月，環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心曾在北京主持召開了火電廠大氣預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)有關(guān)問(wèn)題研討會(huì)。會(huì)議認(rèn)為，鑒于煙塔合一的排煙的環(huán)境影響尚無(wú)定論，煙塔合一的排煙方式暫不宜推廣。

另?yè)?jù)透露，2009年12月，環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心又在北京主持召開了火電項(xiàng)目煙塔合一方案環(huán)境影響研討會(huì)。與會(huì)專家和代表就煙塔合一排煙的源強(qiáng)參數(shù)、三河電廠煙塔合一排煙的實(shí)測(cè)結(jié)果、煙塔合一排煙的環(huán)境影響預(yù)測(cè)模式以及評(píng)估中心提出的關(guān)于煙塔合一方案的主要議題進(jìn)行了認(rèn)真的研討，形成的專家意見如下：

1）煙塔合一技術(shù)是將火電廠煙囪和冷卻塔合二為一，取消煙囪，利用冷卻塔排放煙氣，冷卻塔既有原有的冷卻散熱功能，又替代煙囪排放脫硫脫硝除塵后的煙氣。目前主要有濕冷塔（二次循環(huán)冷卻塔）及干冷塔（空氣間接冷卻塔）排煙兩種情況。

2）目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有煙塔合一排煙的工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范、排氣量計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，且實(shí)測(cè)結(jié)果表明，煙塔合一排煙時(shí)，壁效應(yīng)非常明顯，塔出口氣流速度和溫度分布很不均勻，因此采用煙塔合一排煙方案時(shí)，報(bào)告書中應(yīng)給出多種情況下的源強(qiáng)詳細(xì)參數(shù)表，并提供其計(jì)算過(guò)程，盡可能給出排放量大而抬升高度低的排放源參數(shù)。

3）煙塔合一德國(guó)模式的模式原理是合理的，但由于國(guó)內(nèi)最初使用的德國(guó)模式的氣象條件是模式軟件系統(tǒng)預(yù)置值而非項(xiàng)目所在地附近的實(shí)際氣象資料，而我國(guó)幅員廣大，氣候背景差異大，地形和氣象條件復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于德國(guó)，因此在中國(guó)使用時(shí)在模式中應(yīng)盡可能采取當(dāng)?shù)氐臍庀髤?shù)，至少包括百頁(yè)箱高度處的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、不同穩(wěn)定度下的環(huán)境垂直風(fēng)指數(shù)和不同穩(wěn)定度下的環(huán)境垂直溫度變化率。

4）由于煙塔合一排煙，排氣速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煙囪排放方案，因此煙塔合一排煙時(shí)必須考慮大風(fēng)下洗等不利氣象條件。當(dāng)環(huán)境溫度偏高時(shí)，煙塔合一排煙的混合氣體熱浮力小，甚至出現(xiàn)無(wú)熱浮力現(xiàn)象，應(yīng)謹(jǐn)慎采用煙塔合一排煙方案。

5）采用煙塔合一排煙方案時(shí)，必須與煙囪排煙方案進(jìn)行比較。在復(fù)雜地形條件下，需用導(dǎo)則模式對(duì)德國(guó)模式的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

6）中國(guó)環(huán)科院就山西神頭發(fā)電有限公司“上大壓小”2×600MW機(jī)組工程給定的排放源參數(shù)，采用干冷塔、濕冷塔和煙囪排煙方案分別進(jìn)行了計(jì)算比較，干冷塔的環(huán)境影響總體上要小于煙囪和濕冷塔排放方案。專家認(rèn)為，神頭發(fā)電有限公司“上大壓小”2×600MW機(jī)組工程在采用嚴(yán)格的污染防治措施后，利用空冷塔排煙方案，其環(huán)境影響是可以接受的。

7）采用煙塔合一排煙方案時(shí)，環(huán)境空氣防護(hù)距離可采用估算模式的空腔區(qū)水平尺度進(jìn)行估算，一般不宜超過(guò)500米。

8）煙塔合一排煙方案不屬于環(huán)保技術(shù)，且在發(fā)達(dá)國(guó)家沒(méi)有得到普遍使用，因此在國(guó)內(nèi)不宜普遍使用與推廣。煙塔合一排煙的適用區(qū)域或情況主要包括北方干燥、半干燥地區(qū)有建筑物限高的區(qū)域（如機(jī)場(chǎng)附近的凈空要求限制了煙囪高度）；景觀環(huán)境有特殊要求的地區(qū)。且采用煙塔合一排煙方案時(shí)，其污染物治理應(yīng)采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的大氣污染控制技術(shù)和最好的環(huán)境管理水平。

9）建議對(duì)已運(yùn)行的煙塔項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境影響后評(píng)估，進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)洞及水槽試驗(yàn)、野外試驗(yàn)，以檢驗(yàn)該類項(xiàng)目環(huán)評(píng)技術(shù)路線、評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)結(jié)論，盡快建立煙塔合一排煙的工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范和環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范。

歸納起來(lái)可知，煙塔合一排煙方案在國(guó)內(nèi)不宜普遍使用與推廣；煙塔合一排煙的適用特定的區(qū)域或情況；采用煙塔合一排煙方案時(shí)，其污染物治理應(yīng)采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的大氣污染控制技術(shù)和最好的環(huán)境管理水平。

本工程不屬于由于機(jī)場(chǎng)附近的凈空要求限制了煙囪高度，同時(shí)景觀環(huán)境也無(wú)特殊要求，屬于“不宜采用”之列。如考慮本工程海水冷卻的特殊條件，同意采用煙塔合一的話，需謹(jǐn)慎考慮“其污染物治理應(yīng)采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的大氣污染控制技術(shù)和最好的環(huán)境管理水平”，因國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，操作起來(lái)難度也較大，相關(guān)的評(píng)估和審批同樣難度很大，無(wú)疑帶來(lái)了“可批性”風(fēng)險(xiǎn)。

5   結(jié)論

1）本工程采用海水冷卻塔+煙囪和海水“煙塔合一”方案兩種排煙方案技術(shù)上都是可行的；

2）“煙塔合一”方案可充分利用本工程海水冷卻的特定條件，可避免建設(shè)煙囪和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)上有一定的優(yōu)勢(shì)；

3）經(jīng)論證“煙塔合一”方案雖然可省去煙囪，但由于塔防腐費(fèi)用的增加、循環(huán)水管道和煙道加長(zhǎng)和循環(huán)水泵加大，海水“煙塔合一”方案比海水塔+煙囪方案投資高約1550萬(wàn)元，如果煙囪采用鈦鋼板防腐，“煙塔合一”比海水塔+煙囪方案投資還要高約911萬(wàn)元，循環(huán)水泵年運(yùn)行費(fèi)增加48萬(wàn)元，“煙塔合一”在經(jīng)濟(jì)上并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)；

4）鑒于國(guó)家環(huán)境審批部門對(duì)采用“煙塔合一”采取限制和嚴(yán)格控制的技術(shù)政策，采用“煙塔合一”方案能否被批準(zhǔn)和多長(zhǎng)周期能批準(zhǔn)，均難以估計(jì)，相對(duì)于工程工期存有風(fēng)險(xiǎn)。