印度火力發(fā)電廠工程大型冷卻塔工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)

宮現(xiàn)輝 史 寧 張建國

山東電力工程咨詢院有限公司 山東 濟(jì)南 250013

0 引言

近年來，印度火力發(fā)電發(fā)展迅速，市場潛力巨大。中國國內(nèi)多家工程公司均以工程EPC總承包等模式在印度承建電廠項(xiàng)目，而這些項(xiàng)目也大多是由中國國內(nèi)的設(shè)計(jì)單位完成設(shè)計(jì)。在這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，國內(nèi)的設(shè)計(jì)單位逐步掌握了印度電廠項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念及特點(diǎn)，并積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，從而為更好的達(dá)到印度業(yè)主單位的設(shè)計(jì)要求提供了保障。

1 印度電廠大型冷卻塔工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)

1.1 印度電廠冷卻塔的選型計(jì)算

目前，國內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是在汽輪發(fā)電機(jī)組額定工況下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，對冷卻塔面積、冷卻倍率、凝汽器面積等按年費(fèi)用最小法進(jìn)行優(yōu)化比較，并對汽輪發(fā)電機(jī)組夏季工況結(jié)合夏季P=10%氣象參數(shù)，對汽機(jī)背壓、進(jìn)水溫度、冷卻塔面積、冷卻倍率、凝汽器面積進(jìn)行校核計(jì)算。而印度電廠循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多是需滿足由業(yè)主根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的循環(huán)水系統(tǒng)的考核條件，而并不是國內(nèi)設(shè)計(jì)中所通常采用的年費(fèi)用最小法。

以印度某超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組為例，在工程合同中業(yè)主明確循環(huán)水系統(tǒng)的考核條件為：在設(shè)計(jì)干球溫度35℃，設(shè)計(jì)相對溫度60%的環(huán)境條件下，冷卻塔設(shè)計(jì)出水溫度低于35℃，設(shè)計(jì)背壓小于10.2kPa。經(jīng)過計(jì)算后，循環(huán)水系統(tǒng)的最終配置為：2臺機(jī)組采用2座淋水面積10500 m2濕式逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔,1臺機(jī)組配1座冷卻塔,凝汽器面積為40960 m2。

10500m2濕式逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔屬于大型冷卻塔，國內(nèi)目前可以借鑒的同淋水面積冷卻塔的完整設(shè)計(jì)資料不多，因此需展開針對此類大型冷卻塔的設(shè)計(jì)計(jì)算工作。

1.2 冷卻塔塔筒幾何尺寸的確定

冷卻塔塔筒幾何尺寸的確定是完成冷卻塔設(shè)計(jì)的第一步工作。冷卻塔塔筒幾何尺寸一般按照熱力、空氣動力和結(jié)構(gòu)三方面特性通過塔本體優(yōu)化設(shè)計(jì)確定，以保證冷卻塔的雙曲線塔型能夠滿足塔體的抽力要求及冷卻效果。同時大型冷卻塔塔筒尺寸國內(nèi)也已總結(jié)了一系列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。此工程正是通過對塔筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)并結(jié)合“大型冷卻塔塔筒系列資料”完成了冷卻塔塔筒幾何尺寸的確定（大型冷卻塔塔筒系列資料見表1）。

工藝專業(yè)在完成冷卻塔塔筒幾何尺寸的設(shè)計(jì)后，還需進(jìn)一步配合結(jié)構(gòu)專業(yè)完成冷卻塔塔筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在此階段，工藝專業(yè)向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的冷卻塔塔筒控制點(diǎn)尺寸主要為 （以此印度工程為例）：

①塔高（m）：158；

②進(jìn)風(fēng)口高度（m）：10.90；③填料頂標(biāo)高（m）：13.15；

④填料頂塔筒內(nèi)壁直徑（m）：117.37；

⑤塔筒喉部中面直徑（m）：70.65。

結(jié)構(gòu)專業(yè)在所提供的以上資料基礎(chǔ)上，可以完成冷卻塔雙曲線塔筒的相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)專業(yè)所返回的雙曲線塔筒幾何尺寸，一般與工藝專業(yè)所提供的幾何尺寸有所偏差，此時工藝專業(yè)需要核實(shí)由于此類偏差（尤其是導(dǎo)致淋水面積變化的偏差）所帶來的對冷卻效果的影響并作出相應(yīng)的尺寸調(diào)整。

1.3 冷卻塔配水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算及設(shè)計(jì)

1.3.1 優(yōu)化計(jì)算及設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

冷卻塔塔筒幾何尺寸確定后，冷卻塔配水層塔筒內(nèi)壁直徑即確定，下一步即是完成對配水層配水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算及設(shè)計(jì)工作。

首先，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)完成配水層配水管及噴頭的基本布置，配水管及噴頭的布置應(yīng)大致合理，為下面進(jìn)行的水力計(jì)算奠定良好基礎(chǔ)。

下面就是圍繞已有的配水層配水管及噴頭的布置完成對配水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算。配水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算的目的就是通過計(jì)算，來分析配水槽是否滿流，不同區(qū)域的噴頭流量是否基本相同，從而來確定配水管及噴頭的布置是否大致合理。配水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算可以通過計(jì)算軟件完成。

1.3.2 計(jì)算及設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹

1）計(jì)算介紹

計(jì)算過程分為三步：冷卻塔豎井配水計(jì)算（計(jì)算一），冷卻塔內(nèi)區(qū)配水水力計(jì)算（計(jì)算二），冷卻塔外區(qū)配水水力計(jì)算（計(jì)算三）

計(jì)算一主要通過輸入循環(huán)水泵流量與揚(yáng)程的關(guān)系式、循環(huán)水系統(tǒng)從冷卻塔出口到循環(huán)水泵入口的水損關(guān)系式，循環(huán)水泵出口到冷卻塔豎井的水損關(guān)系式，冷卻塔配水槽、配水管及噴頭的基本參數(shù)等，初步計(jì)算出內(nèi)、外區(qū)噴頭的工作水頭、豎井水位等。

表1 大型冷卻塔塔筒系列資料

計(jì)算二主要通過輸入冷卻塔內(nèi)區(qū)配水槽、配水管及噴頭基本參數(shù)，內(nèi)區(qū)噴頭布置的基本方案，計(jì)算一計(jì)算出的內(nèi)區(qū)噴頭工作水頭、內(nèi)區(qū)配水總水量等，計(jì)算出內(nèi)區(qū)配水系統(tǒng)水力損失、內(nèi)區(qū)總水量、豎井水位等。

圖1 外區(qū)配水某區(qū)域配水管及噴頭初步布置方案

計(jì)算三主要通過輸入冷卻塔外區(qū)配水槽、配水管及噴頭基本參數(shù)，外區(qū)噴頭布置的基本方案，計(jì)算一計(jì)算出的外區(qū)噴頭工作水頭、外區(qū)配水總水量等，計(jì)算出外區(qū)配水系統(tǒng)水力損失、外區(qū)總水量、豎井水位等。

計(jì)算二、計(jì)算三計(jì)算出的內(nèi)、外區(qū)配水系統(tǒng)水力損失代入到計(jì)算一，這樣可以進(jìn)一步精確計(jì)算出內(nèi)、外區(qū)噴頭的工作水頭、豎井水位等。計(jì)算一計(jì)算出的內(nèi)、外區(qū)噴頭工作水頭、配水總水量等代入到計(jì)算二、計(jì)算三，從而進(jìn)一步精確計(jì)算二、計(jì)算三的計(jì)算結(jié)果。

通過計(jì)算一、計(jì)算二、計(jì)算三多次迭代計(jì)算，當(dāng)三個計(jì)算程序中計(jì)算出的豎井水位基本相等時（不超過1毫米），表明本程序基本模擬出了冷卻塔的實(shí)際運(yùn)行水位。

2）配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

計(jì)算二、計(jì)算三的輸出結(jié)果中可以計(jì)算出冷卻塔內(nèi)、外區(qū)所有噴頭的工作水頭、流量。一個合理的配水系統(tǒng)，內(nèi)外區(qū)所有噴頭的流量應(yīng)基本相等，大小偏差不能超過噴頭平均流量的5%。

以印度此工程為例，其外區(qū)配水某區(qū)域配水管及噴頭的初步布置方案及流量計(jì)算結(jié)果分別見圖1及表2。

由表2可以看出，編號為20～21號的噴頭流量偏小，初步分析原因可能是由于配水管管徑偏小導(dǎo)致的水損過大，因此調(diào)整此區(qū)域配水管管徑為0.375m后重新計(jì)算，（計(jì)算結(jié)果見表3）可以看出，20～21號的噴頭流量接近配水系統(tǒng)噴頭平均流量，可以證明此時配水系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后布置合理。

表2 外區(qū)配水某區(qū)域噴頭流量計(jì)算結(jié)果（以8號配水管為例）

表3 外區(qū)配水某區(qū)域配水管調(diào)整后噴頭流量計(jì)算結(jié)果（以8號配水管為例）

由以上方法可以檢測出整個配水系統(tǒng)配水管管徑或噴頭布置不合理之處，將配水管管徑或噴頭做出相應(yīng)調(diào)整后并將調(diào)整的數(shù)據(jù)輸入到程序中重新計(jì)算，直至計(jì)算結(jié)果中每個噴頭流量均接近配水系統(tǒng)噴頭平均流量為止。

通過配水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算及設(shè)計(jì)，可以保證配水槽達(dá)到滿流（盡量有較多富裕水頭），冷卻塔整塔噴頭流量基本相同，從而布置出一個合理并高效的冷卻塔配水系統(tǒng)。

2 結(jié)論

印度電廠冷卻塔的選型計(jì)算和國內(nèi)工程是有所區(qū)別的，因此不宜按照國內(nèi)的模式進(jìn)行選型計(jì)算。同時本文給出了在淋水面積確定后的冷卻塔工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)，可以在類似的工程中予以參考。

［1］趙順安，馮春平等.超大型自然通風(fēng)逆流式冷卻塔的配水設(shè)計(jì).電力建設(shè).2009，30（1）：53-55

［2］張文彬等.電力工程水務(wù)設(shè)計(jì)手冊.西北電力設(shè)計(jì)院.2004.

［3］陸振鐸等.配1000MW機(jī)組逆流式冷卻塔系列說明［S］.中國水利水電科學(xué)研究院.