CN110068244A - 自然通风湿式排烟冷却塔及其分散式排烟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自然通风湿式排烟冷却塔及其分散式排烟装置，所述分散式排烟装置包括：烟气母管，设置在所述冷却塔内，以将脱硫后的烟气引入到所述冷却塔中；若干烟气支管，设置在所述烟气母管上，以接收从所述烟气母管排出的烟气，并将其导流至所述冷却塔内靠近塔壁的位置处；若干排烟口，对应设置在若干所述烟气支管上，以将烟气向上排出。本发明可以使烟气和冷却塔内湿空气混合更充分，扩大烟气对冷却塔的积极影响，进而增加冷却塔效率，有效解决现有技术中存在的烟气能量利用率低和冷却塔内流场不均匀等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种自然通风湿式排烟冷却塔及其分散式排烟装置，属于火力发电厂烟气排放技术领域。
技术背景
冷却塔作为采用朗肯循环的热电厂的重要辅助设备，其性能好坏直接影响整个发电机组的经济性和环保性，而烟塔合一技术作为一种基于冷却塔的节能减排技术，以其出色的环保性和经济性，逐渐被国内外的热电厂广泛采用。烟塔合一，就是将“烟囱”和“冷却塔”结合在一起，取消了传统的烟囱及其附属设备，直接将脱硫后的净烟气排放到冷却塔中。这种排烟方式可以增加烟气的抬升高度，减少了部分的投资维运成本。冷却塔内的湿空气会对烟气有一定的洗涤作用，可减少污染物的排放。并且，具有较高温度和速度的烟气会对冷却塔产生积极影响，增加冷却塔内湿空气的热浮力和速度，使冷却塔产生额外的抽力，在一定程度上可以提高冷却塔的效率。
现有的排烟冷却塔烟气的排放方式，是将烟气由烟气母管引入冷却塔内某一高度的中心位置，由一个排烟口集中竖直向上排放。由于冷却塔中心位置的湿空气流速和温度相对较高，烟气在中心排放会对冷却塔内的湿空气流动产生阻塞作用；并且，在冷却塔内排放的烟气，与塔内湿空气相比，具有较高的温度和速度，会加热塔内的部分湿空气，使之产生额外的浮力，同时也会向湿空气传递动量，这两方面都可以增加冷却塔的流量，进而增加冷却塔的效率。但是，中心集中排放烟气，会使冷却塔内的流场不均匀，不利温度和速度较高的烟气与冷却塔内的湿空气的能量传递，对冷却塔效率的提高有限。目前为止，没有一种烟气排放方式可以高效利用烟气中储存的能量以提高冷却塔的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种自然通风湿式排烟冷却塔及其分散式排烟装置，以解决现有烟塔合一中烟气能量利用率低，以及冷却塔内流场不均匀的问题。
本发明的技术方案是：一种分散式排烟装置，应用于自然通风湿式排烟冷却塔中，所述分散式排烟装置包括：
烟气母管，设置在所述冷却塔内，以将脱硫后的烟气引入到所述冷却塔中；
若干烟气支管，设置在所述烟气母管上，以接收从所述烟气母管排出的烟气，并将其导流至所述冷却塔内靠近塔壁的位置处；
若干排烟口，对应设置在若干所述烟气支管上，以将烟气向上排出。
所述冷却塔为双曲面冷却塔，所述排烟口的倾斜方向与相邻的双曲面冷却塔的侧壁延伸方向一致。
所述双曲面冷却塔的双曲面是直纹曲面，所述排烟口的轴线方向，同与排烟口齐平的相邻位置处的冷却塔直纹曲面的母线平行，若干排烟口均布在所述烟气母管四周共同构成旋涡型排烟口。
所述排烟口位于所述冷却塔内的1/3高度处。
本发明还提供一种自然通风湿式排烟冷却塔，包括：
冷却塔；
脱硫塔；
所述的分散式排烟装置；
所述分散式排烟装置的所述烟气母管一端与所述脱硫塔相连，另一端设置在所述冷却塔内，以将经所述脱硫塔脱硫后的烟气引入到所述冷却塔中；
所述分散式排烟装置的所述烟气支管接收从所述烟气母管排出的烟气，将其导流至所述冷却塔内靠近塔壁的位置处，并从所述排烟口向上排出。
本发明的有益效果是：本发明在现有自然通风湿式排烟冷却塔的基础上设计分散式排烟装置，以将脱硫后的烟气引入到冷却塔中靠近塔壁的位置处并向上排出，可以使烟气和冷却塔内湿空气混合更充分，扩大烟气对冷却塔的积极影响，进而增加冷却塔效率，有效解决现有技术中存在的烟气能量利用率低和冷却塔内流场不均匀等问题。特别是本发明中烟气排放角度与冷却塔的母线平行，可使冷却塔内产生旋涡状流动，增强冷却塔的抽力。本发明结构简单，可以扩大烟气对冷却塔的积极影响，提高冷却塔的冷却效率，适用于采用烟塔合一技术的电站大型自然通风湿式冷却塔。
附图说明
图1为采用分散式排烟装置的自然通风湿式排烟冷却塔结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为旋涡型分散排烟装置的主视图；
图4为旋涡型分散排烟装置的俯视图；
图5为双曲线冷却塔母线示意图；
图6为旋涡型分散排烟装置排烟口角度示意图；
附图中：1烟气母管，2烟气支管，3排烟口，4塔壁，5配水面，6填料层，7冷却塔进口，8循环水池，9冷却塔出口，10轴线，11母线。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明及技术方案为前期下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1和图2，根据本发明实施例一种分散式排烟装置，应用于自然通风湿式排烟冷却塔中，该冷却塔包括：塔壁4、配水面5、填料层6、冷却塔进口7、循环水池8和冷却塔出口9。该冷却塔的工作流程为：需要冷却的循环水从配水面5向下喷淋，在重力的作用下，下落到冷却塔的填料层6，并与从进风口进入的冷空气进行逆向传热传质，吸热后的空气向上运动，并由冷却塔出口9排出，而冷却后的循环水液滴则落入塔底蓄水池，如此循环完成冷却。冷却塔的形状例如可以为直筒形、八边形筒、双曲面形等任何已知的塔形状。
请一并参阅图1至图4，分散式排烟装置包括：烟气母管1、若干烟气支管2和若干排烟口3。
烟气母管1，设置在冷却塔内，以将脱硫后的烟气引入到冷却塔中。通常的，电厂脱硫是在脱硫塔中进行的，在脱硫过程中会产生烟气，烟气一端与脱硫塔相连，另一端设置在冷却塔中，因此可将脱硫塔中产生的烟气引入到冷却塔中。烟气母管1为管状结构，其上端位于冷却塔内的1/3高度处，通常该位置处于冷却塔中配水面5的上方。
若干烟气支管2，设置在烟气母管1上，以接收从烟气母管1排出的烟气，并将其导流至冷却塔内靠近塔壁4的位置处。烟气支管2主要起到将烟气母管1中的烟气分散到冷却塔内远离中心的各位置处。优选地，烟气支管2从烟气母管1上端沿水平方向朝四周分散。优选地，烟气支管2为管状结构，其均布在烟气母管1上端的圆周方向。烟气支管2与烟气母管1采用常规的连接方式，例如承插交接法连接。
若干排烟口3，对应设置在若干烟气支管2上，以将烟气向上排出。换句话说，在每个烟气支管2的开口端部均设置有一个排烟口3，以将烟气向上排出。排烟口3可以与烟气支管2一体成型，也可以分体制作，分体制作后，采用常规的连接方式，例如对接式连接法进行连接。优选地，排烟口3位于冷却塔内的1/3高度处，其位置略高于烟气母管1的上端。
在一个例子中，分散式排烟装置由1根烟气母管1和8根烟气支管2组成，排烟口3标高35m，烟气母管1直径5570mm，壁厚30mm，烟气支管2直径1947mm，壁厚30mm，每根烟气支管2长度22.5m，支管曲率半径为1.5D，烟气母管1与烟气支管2采用承插交接法连接，烟气支管2与排烟口3采用对接式连接法连接。
冷却塔的热流特性特点为：冷却塔内温度场和速度场由中心向到边缘逐渐减少。烟气对冷却塔的影响规律为：温度和速度较高的烟气会将热能和动能传递给冷却塔内的湿空气，增加湿空气的热浮力和速度。本发明通过在冷却塔内设置分散式排烟装置，可将烟气导流至冷却塔内的边缘位置，使烟气和冷却塔内湿空气混合更充分，扩大烟气对冷却塔的积极影响，进而增加冷却塔效率。具体地，分散式排烟装置可增加烟气对冷却塔内上升空气的能量传递，增加上升气流的速度，使冷却塔的通风量增加4％到8％。
请参阅图5和图6，本领域通常采用双曲面冷却塔，由于其塔壁4为曲面，因此排烟口3排出的烟气很可能会冲击塔壁4，进而影响到冷却塔的抽力。为此，将排烟口3设置为排烟口3的倾斜方向与相邻的双曲面冷却塔的侧壁延伸方向一致，此时若干均布在烟气母管1四周的排烟口3共同构成旋涡型排烟口3，从排烟口3排出的烟气就会顺着塔壁4向上流动，不仅不会削弱冷却塔的抽力，反而能够增大其抽力。
更好的是，当双曲面冷却塔的双曲面是直纹曲面时，排烟口3的轴线10方向，同与排烟口3齐平的相邻位置处的冷却塔直纹曲面的母线11平行。即排烟口3与处于同一高度处，从轴心处向外延伸并与塔壁4交叉的点的母线11平行。
图,5为双曲面造型冷却塔母线11示意图，双曲面塔壁4母线11是指双曲面内的一条倾斜直线，该直线绕固定轴旋转生成双曲面，该双曲面即为直纹曲面。参照图5为旋涡型分散式排烟装置排烟口3角度示意图，其中y轴方向为冷却塔的轴线10方向，带有角度的排烟口3轴线10与x，y和z轴所呈角度如图所示。
由于排烟口3(轴线10)中心线与双曲面塔壁4的母线11保持一致，这种排布方式可以使排烟口3排出的烟气平行于冷却塔塔壁4流动，并且可以使烟气产生切向速度，使烟气带动塔内的湿空气呈旋涡状上升，不会冲击塔壁4，进而提高冷却塔的抽力，可以使冷却塔的通风量增加6％到18％。
具体地，这种旋涡状流动可以在冷却塔出口9形成低压区，使冷却塔产生额外抽力ΔH,其表达式如下
等式右边第一项为烟气吸收的垂直方向的动能，第二项为切向速度引起的冷却塔出口9上方压力下降，其中ηY为垂直方向动量守恒因子，vYJ为烟气竖直方向的速度分量，vθ为切向速度，ρin为冷却塔内的空气密度，AJn和A分别为射流影响面积和冷却塔的截面积，ε为射流特性参数。
Claims (5)
1.一种分散式排烟装置，应用于自然通风湿式排烟冷却塔中，其特征在于，所述分散式排烟装置包括：
烟气母管(1)，设置在所述冷却塔内，以将脱硫后的烟气引入到所述冷却塔中；
若干烟气支管(2)，设置在所述烟气母管(1)上，以接收从所述烟气母管(1)排出的烟气，并将其导流至所述冷却塔内靠近塔壁4的位置处；
若干排烟口(3)，对应设置在若干所述烟气支管(2)上，以将烟气向上排出。
2.根据权利要求1所述的分散式排烟装置，其特征在于，所述冷却塔为双曲面冷却塔，所述排烟口(3)的倾斜方向与相邻的双曲面冷却塔的侧壁延伸方向一致。
3.根据权利要求2所述的分散式排烟装置，其特征在于，所述双曲面冷却塔的双曲面是直纹曲面，所述排烟口(3)的轴线(10)方向，同与所述排烟口(3)齐平的相邻位置处的冷却塔直纹曲面的母线(11)平行，若干排烟口(3)均布在所述烟气母管(1)四周共同构成旋涡型排烟口(3)。
4.根据权利要求1所述的分散式排烟装置，其特征在于，所述排烟口(3)位于所述冷却塔内的1/3高度处。
5.一种自然通风湿式排烟冷却塔，包括：
冷却塔；
脱硫塔；
权利要求1至4任一所述的分散式排烟装置；
所述分散式排烟装置的所述烟气母管(1)一端与所述脱硫塔相连，另一端设置在所述冷却塔内，以将经所述脱硫塔脱硫后的烟气引入到所述冷却塔中；
所述分散式排烟装置的所述烟气支管(2)接收从所述烟气母管(1)排出的烟气，将其导流至所述冷却塔内靠近塔壁(4)的位置处，并从所述排烟口(3)向上排出。
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