600MW級(jí)及以上機(jī)組高位收水冷卻塔的適用性分析

銀世強(qiáng)

摘要：循環(huán)冷卻水的冷卻是電力生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前我國(guó)北方地區(qū)普遍使用冷卻塔實(shí)現(xiàn)水冷卻，冷卻塔的冷卻性能關(guān)系到電站的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性。本文結(jié)合不同電站的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)哈蒙公司在世界范圍內(nèi)提出的高位收水冷卻塔的經(jīng)濟(jì)性、 技術(shù)特點(diǎn)以及其所采用設(shè)備的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析， 旨在為項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、投標(biāo)決策階段提供一些技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高位收水;冷卻塔;經(jīng)濟(jì)性;技術(shù)特點(diǎn)

隨著近些年國(guó)內(nèi)百萬(wàn)級(jí)火力發(fā)電機(jī)組的大規(guī)模建設(shè)，高位收水冷卻塔在北方特別是貧水地區(qū)作為閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)中冷卻凝汽器循環(huán)水的重要的濕冷設(shè)備逐漸地被重視和應(yīng)用起來(lái)?？紤]到百萬(wàn)機(jī)組的循環(huán)水量大，配置大型常規(guī)自然通風(fēng)冷卻塔靜揚(yáng)程高，循環(huán)水泵功率大，循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用高，而且由于雨區(qū)高度較高，產(chǎn)生的噪聲也較大等問(wèn)題，如何減少百萬(wàn)千瓦級(jí)的燃煤電廠的冷卻塔能耗以及噪音的問(wèn)題是國(guó)內(nèi)一直比較關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。

經(jīng)收資調(diào)研，國(guó)際上開(kāi)發(fā)了一種節(jié)能、降噪的新型自然通風(fēng)冷卻塔，即高位收水冷卻塔，這種冷卻塔最早由哈蒙公司提出，并在法國(guó)幾個(gè)1300MW內(nèi)陸的核電站投入使用，高位收水冷卻塔技術(shù)可有效地減小循環(huán)水泵的靜揚(yáng)程，從而節(jié)約耗電和降噪，是目前超大型冷卻塔技術(shù)的發(fā)展方向之一。

高位收水冷卻塔設(shè)置高位收水斜板和收水槽 ，匯集雨區(qū)水流后引人循環(huán)水泵入口，維持循環(huán)水泵入口的高水位，有效降低了水泵的揚(yáng)程 ，減小了循環(huán)水泵的軸功率，降低了火電機(jī)組的廠用電率 ，提高了機(jī)組的上網(wǎng)電量。 高位收水冷卻塔降低了雨區(qū)的自由跌落高度 ，外圍冷空氣容易通過(guò)雨區(qū)進(jìn)入塔芯區(qū)域 ，使整個(gè)填料系統(tǒng)配風(fēng)更加均勻，冷卻塔的冷卻效果較好 ;雨區(qū) 自由跌落高度 的降低也大大減小了冷卻塔的噪音水平。 因此 ，高位收水冷卻塔技術(shù)屬于節(jié)能、環(huán)保型技術(shù)，在百萬(wàn)千瓦火電機(jī)組及內(nèi)陸核電站中應(yīng)用前景十分廣闊。

1.高位收水冷卻塔技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1高位收水冷卻塔運(yùn)行流程示意圖

1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高位收水冷卻塔收水裝置布置在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口上面淋水裝置下部 ，由收水斜板和收水槽 組成 ，安裝高度大約3m ，收水裝置用鋼絲懸吊于土建支撐梁上 ，鋼絲承受收水裝置及 循環(huán)水 的重量 ，由于懸吊結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜 ，施工過(guò)程中對(duì)懸 吊的施工工藝要求較高，收水裝置及懸掛結(jié)構(gòu)如下圖所示。

常規(guī)冷卻塔和高位收水塔示意如 圖 2 所示 ，高位塔降低了冷卻塔雨區(qū)自由跌落高度 ，維持循 環(huán)水泵人 口高水位運(yùn)行 ，循 環(huán)水泵 的揚(yáng)程有所 降低 ，軸功率降低 30% 以上。

隨著火電機(jī)組容量的不斷增大，冷卻塔 的淋水面積不斷增大，大型冷卻塔雨區(qū)配風(fēng)配水不均勻性逐漸突出，高位收水冷卻塔由于雨區(qū)自由跌落高度低，外圍冷空氣通過(guò)雨區(qū)進(jìn)入塔芯區(qū)域的阻力小，冷卻塔配風(fēng)均勻;雖然高位收水冷卻塔雨區(qū)高度低，雨區(qū)換熱能力不如常規(guī)塔，但是常規(guī)塔的雨區(qū)阻力較大，塔芯配風(fēng)均勻性不如高位塔好;高位塔進(jìn)風(fēng)口高度比常規(guī)塔高，進(jìn)風(fēng)阻力比常規(guī)塔小，塔內(nèi)風(fēng)速有一定提高。綜合兩方面因素，同塔型參數(shù)的高 位收水冷卻塔出水溫度要低于常規(guī)冷卻塔 。高位收水冷卻塔設(shè)置收水裝置 ，無(wú)冷卻塔底部水池，有效防止塔池底部蓄水對(duì)冷卻塔地基 的長(zhǎng)期浸泡滲透，提高了冷卻塔塔體基礎(chǔ)的安全性;冷卻塔填料底部雨區(qū)跌落的水滴經(jīng)過(guò)收水裝置匯集，自由跌落高度減小 70%以上，且跌落區(qū)域在冷卻塔筒壁內(nèi)部，大大降低了由跌落水滴造成的噪聲污染，據(jù)研究噪聲水平可以降低 8 ～10dB。

2.運(yùn)用效果

2.1節(jié)能情況

600MW等級(jí)機(jī)組配置循環(huán)水泵電機(jī)功率在3600～3700kW（單臺(tái)電機(jī)），某電廠采用高位收水冷卻塔后通過(guò)科學(xué)論證，有效地減小循環(huán)水泵的靜揚(yáng)程，配用循環(huán)水泵電機(jī)2300kW（單臺(tái)），比傳統(tǒng)冷卻塔降低至少1300kW。機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)按5000h計(jì)，則每年可節(jié)約廠用電650萬(wàn)kW。

2.2降噪效果

機(jī)組投運(yùn)后，降噪效果明顯，很直接的感受：某電廠二期高位收水冷卻塔與一期項(xiàng)目傳統(tǒng)冷卻塔比鄰而建，相距159米，站在兩塔中間，耳中聽(tīng)到的只有傳統(tǒng)冷卻塔的噪聲，基本上聽(tīng)不到二期項(xiàng)目冷卻塔的運(yùn)行聲音。圖12是投運(yùn)后的噪聲測(cè)試分布圖，圖中看出冷卻塔外圍的噪聲在運(yùn)行的控制范圍內(nèi)。

2.3運(yùn)行與維護(hù)

高位收水塔運(yùn)行便捷，主要在啟機(jī)與停機(jī)時(shí)注意控制啟閉機(jī)水位，啟機(jī)時(shí)應(yīng)把啟閉機(jī)全部打開(kāi)到最高水位，停機(jī)時(shí)應(yīng)控制回水槽水位不要太高，防止停機(jī)水槽溢流。停機(jī)后，循環(huán)水泵需要維持運(yùn)行，這時(shí)冷卻塔補(bǔ)水泵停運(yùn)，整個(gè)系統(tǒng)處于閉式循環(huán)狀態(tài)。

高位塔維護(hù)：注意噴濺裝置不允許有脫落現(xiàn)象，脫落后應(yīng)及時(shí)更換，避免水柱沖壞填料和斜板，造成回水槽底部堵塞，水槽溢流，增加吊件的荷載損壞?？紤]冬季氣溫低，產(chǎn)生結(jié)冰導(dǎo)致收水槽、斜板等變形漏水，可根據(jù)負(fù)荷情況，靈活關(guān)閉區(qū)域啟閉機(jī)，采取“補(bǔ)救”方式進(jìn)行部件更換。檢修維護(hù)平均每年的費(fèi)用不超過(guò)20萬(wàn)元，主要用于土建防腐、修復(fù)和填料修復(fù)等。

2.4土建占地少

相同出水溫度情況下，高位冷卻塔的建設(shè)占地較常規(guī)冷卻塔少，以貴州某電站單臺(tái)600MW機(jī)組為例，采用常規(guī)冷卻塔其淋水面積不少于8500m3，改用高位塔后，其淋水面積降低為7750m?，冷卻塔高度和底徑有所減少，在建設(shè)用地緊缺的情況下，意義非凡。

3.經(jīng)濟(jì)性分析

3.1計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1x660MW）

3.2高位收水塔（國(guó)產(chǎn)塔芯）與常規(guī)自然塔循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)比較

從表2可以看出：

（1） 塔芯材料按國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)價(jià)格計(jì)算，一臺(tái)機(jī)組高位收水塔系統(tǒng)比常規(guī)塔系統(tǒng)的全部初投資合計(jì)高2440萬(wàn)元。

（2） 一臺(tái)機(jī)組高位塔運(yùn)行按1臺(tái)泵運(yùn)行5000小時(shí)、夏季啟動(dòng)另外1臺(tái)運(yùn)行3個(gè)月計(jì)取費(fèi)用，則取得售電收益約376萬(wàn)元/年（扣除檢修費(fèi)）。

（3） 投資回收周期

2440÷376≈6.5（年）

4.結(jié)論

高位收水冷卻塔技術(shù)源于哈蒙公司，完全采用哈蒙技術(shù)與材料，初始投資會(huì)略有增加。但是通過(guò)調(diào)研以及多年國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的塔芯材料完全滿足技術(shù)要求。某電廠項(xiàng)目塔芯材料全部國(guó)產(chǎn)化，節(jié)省了約2000萬(wàn)元的投資。高位收水冷卻塔是一種新型自然通風(fēng)冷卻塔，具有節(jié)能、環(huán)保以及運(yùn)維簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，有利于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中運(yùn)行成本的控制，改善了職工的工作環(huán)境和周圍居民的生活環(huán)境，是良好企業(yè)社會(huì)形象的良好保障。另外該項(xiàng)技術(shù)處于快速普及及發(fā)展階段，是目前冷卻塔技術(shù)的發(fā)展方向之一，隨著塔芯材料的國(guó)產(chǎn)化，降低成本，節(jié)能降耗兼具環(huán)保，擁有7～9年的短期投資回收期，660MW及以上機(jī)組配置高位收水冷卻塔可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的雙豐收。

參考文獻(xiàn)

[1] 何輝.某百萬(wàn)級(jí)核電站冷卻塔配置研究與優(yōu)化[J].南方能源建設(shè)，2016，3（03）：48—53.

HE Hui.Allocation and optimization of the cooling tower about l000 MW NPP[J].Southern Energy Construction，2016，3（03）：48—53.

[2]汪芬.大型逆流式自然通風(fēng)高位收水冷卻塔的應(yīng)用研究[J].南方能源建設(shè)，2017，4（12）：109—112.WANG Fen.Application research on large counter-flow natural draft hJIgh level water collection cooling tower[J].Southern Energy Construction，2017，4（12）：109—112.

[3] 曾華，楊卓穎，吳浪洲，等.高位收水冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)水力 過(guò)渡過(guò)程研究[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2017，（s1）：310—314.ZENG Hua，YANG Zhuoying，WU Longzhou，et a1.Research of

hydraulic transients for circulating water system with cooling tower with water collecting devices[J].Electric Power Survey And Design，2017，（S1）：310—314.

[4] 田松峰，王少雷，陳曦等.環(huán)境風(fēng)速對(duì)高位收水冷卻塔運(yùn)行特性影響的數(shù)值模擬及優(yōu)化[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2017，59（01）：53—56.

TIAN Songfeng，WANG Shaolei，CHEN Xi，et a1.Numerical simulation of high wind speed affect the operating characteristics of the cooling tower water and yield optimization[J].Steam Turbine Technology，2017，59（01）：53—56.

[5]唐燦輝，夏峰，楊立民等 高位收水冷卻塔在600 MW等級(jí)機(jī)組中的應(yīng)用 [J]發(fā)電研究，：2018，07（07）：0053-59