燃機(jī)電站冷卻塔選型分析

李金海

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

燃機(jī)電站冷卻塔選型分析

李金海

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

對于燃機(jī)電站,冷卻方式多采用帶冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)。而對于冷卻塔的型式,多采用自然通風(fēng)冷卻塔或機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。本文將針對某燃機(jī)電站的特點,從運行方式、檢修條件、運行費用、土建費用及與周邊和燃機(jī)廠區(qū)環(huán)境的協(xié)調(diào)性等多方面對自然通風(fēng)冷卻塔和機(jī)械通風(fēng)冷卻塔進(jìn)行對比分析,提出經(jīng)濟(jì)合理的冷卻塔方案。

燃機(jī)電站 冷卻塔 二次循環(huán)

目前我國投運及在建的燃機(jī)電站冷卻系統(tǒng)多采用二次循環(huán)冷卻，而二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻構(gòu)筑物多采用雙曲線型自然通風(fēng)冷卻塔(以下簡稱自然塔)或機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。兩種型式的冷卻塔技術(shù)均成熟可靠，并有一套完整的優(yōu)化設(shè)計方法。自然通風(fēng)冷卻塔塔高度較高，占地較大，初期投資較高，運行費用較省，在廠區(qū)場地沒有限制或?qū)Ω叨葲]有要求的情況下，燃機(jī)電站一般選用自然通風(fēng)冷卻塔作為冷卻設(shè)施。但實際工程中，燃機(jī)電站多設(shè)置在城市中或城郊，用地受到限制。由于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔(以下簡稱機(jī)力塔)初投資低，占地面積小，高度較低，在城市中或城郊多采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔作為冷卻設(shè)施。

本文將對南方某燃機(jī)電站為例，對燃機(jī)電站得冷卻塔型式進(jìn)行對比分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的冷卻塔。

1 燃機(jī)電站基本情況

本燃機(jī)電站為9E級燃機(jī)，采用“一拖一”方案。根據(jù)水源條件，采用江水二次循環(huán)供水系統(tǒng)。由于為擴(kuò)建廠址，廠區(qū)用地較緊張，根據(jù)總平面布置，冷卻塔布置在廠區(qū)的西南較。

根據(jù)總平面布置，冷卻塔設(shè)置在在廠區(qū)的西南角，由于為擴(kuò)建廠址，廠區(qū)用地較緊張。

夏季頻率10%的氣象條件為:干球溫度32．2℃，相對濕度72%，大氣壓力995hPa，濕球溫度26．9℃。

2 冷卻塔方案

根據(jù)燃機(jī)電站的氣象條件，冷卻設(shè)施采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和自然通風(fēng)冷卻塔均是可行。

下面將對上述兩種冷卻設(shè)施的配置方案分別說明:

2.1 方案一

每臺機(jī)組配置3格逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，2臺機(jī)組共配置6格，分2排布置。

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔主要參數(shù)如下:

單塔冷卻水量:4700m3/h

單格塔平面尺寸:18．6m×18．6m

淋水密度:13．58m3/(m2·h)

進(jìn)風(fēng)口高度:4．3m

塔總高(風(fēng)筒頂處):17m

風(fēng)機(jī)直徑:9754mm

設(shè)計風(fēng)量:295．33×104m3/h

電機(jī)功率: 200kW

夏季P=10%氣象條件出水溫度≤32℃

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及混凝土外維護(hù)結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)。冷卻塔的主要受力的框架梁、柱、頂板、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)等均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通風(fēng)筒、導(dǎo)流裝置等采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)。機(jī)力通風(fēng)冷卻塔下部設(shè)有現(xiàn)澆鋼筋混凝土集水池，深約2．5m。

2.2 方案二

根據(jù)本工程廠區(qū)布置，無法布置下兩座自然通風(fēng)冷卻塔，故本設(shè)計方案中兩臺機(jī)組設(shè)置1座冷卻面積為4250m2自然通風(fēng)冷卻塔，冷卻塔布置在廠區(qū)西南角。

淋水面積: 4250m2

塔頂標(biāo)高: 105m

進(jìn)風(fēng)口標(biāo)高: 7．20m

喉部標(biāo)高: 78．75m

喉部直徑: 46．720m

出口直徑: 49．549m

配水管中心標(biāo)高:10．35m

填料頂標(biāo)高: 9．2m

填料高度: 1．0m豎井水位標(biāo)高: 約11．8m(二泵運行水位)集水池直徑: 82．00m

夏季P=10%氣象條件出水溫度≤31．96℃

3 兩種方案技術(shù)性比較

3.1 自然塔和機(jī)力塔布置的可行性和運行的安全性

本工程采用自然通風(fēng)冷卻塔或機(jī)械通風(fēng)冷卻塔方案，在總平面布置上都是可行的。

表1 單位：萬元

自然通風(fēng)冷卻塔初期投資較高、施工工期長、占地較多，平時運行中維護(hù)工作量小，冷卻效果穩(wěn)定，適用于冷卻水量較大，冷卻水溫降不小于5℃， 冷卻水溫與空氣濕球溫度差大于3℃的情況。

采用自然通風(fēng)冷卻塔，2套機(jī)組配置1座自然通風(fēng)冷卻塔，目前這種冷卻塔配置方案國內(nèi)應(yīng)用較少，大部分為南方較小容量機(jī)組，如江西貴溪電廠2×125MW機(jī)組，再大容量的電廠如國電青山電廠(2×300MW)機(jī)組，其配置一座9000m2逆流式自然通風(fēng)冷卻塔，已投入運行。國外火電廠采用兩機(jī)一塔的也不多，如德國Gersteinwerk電廠(2×400MW)、Lingen電廠(2×400MW)等。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔初期投資小、地基處理簡單，建設(shè)工期短、布置緊湊、占地較少，可以使冷卻后水溫較低，冷卻后水溫與空氣濕球溫度的差可以達(dá)到3～5℃， 冷卻效果穩(wěn)定，適宜在空氣濕度大、溫度高、要求冷卻后水溫比較低的情況下采用。但機(jī)械通風(fēng)冷卻塔需要風(fēng)機(jī)設(shè)備及經(jīng)常運行中的電耗，較之自然通風(fēng)冷卻塔增加了檢修維護(hù)工作量及運行費。

本工程位于開發(fā)區(qū)內(nèi)，西距風(fēng)景名勝區(qū)約3km，采用自然通風(fēng)冷卻塔，塔高105m，與周圍的自然環(huán)境也不協(xié)調(diào)，燃機(jī)廠區(qū)建構(gòu)筑物較少，一般高度較低，采用高度大的自然通風(fēng)冷卻塔也與廠區(qū)內(nèi)其他建構(gòu)筑物不協(xié)調(diào)。而機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，總高度不超過20m，其易與廠區(qū)周邊環(huán)境及燃機(jī)廠區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

3.2 占地

根據(jù)廠區(qū)總平面布置，自然通風(fēng)冷卻塔塔區(qū)占地面積約為9538m2；機(jī)械通風(fēng)冷卻塔塔區(qū)占地面積約為8389m2。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔占地面積約少1149m2。

自然通風(fēng)冷卻塔檢修主要包括:塔筒殼體內(nèi)、外混凝土維修；塔筒殼體內(nèi)壁防水涂料重新涂刷；塔內(nèi)淋水裝置支柱表面混凝土維修；淋水填料、除水器、濺水噴頭更換；冷卻塔人字柱、底部水池、冷卻塔配水槽的混凝土維修等。

自然通風(fēng)冷卻塔的維修工作一般在夏季進(jìn)行，根據(jù)冷卻塔塔筒及維修面積的大小，一般需要1～2個月才能完成維修工作。冷卻塔內(nèi)的淋水填料、濺水噴頭需要定期維護(hù)，淋水填料、濺水噴頭5～10年需要更換。冷卻塔上述各項大修都需要停運冷卻塔。如兩機(jī)一塔，則冷卻塔大修，需要停運2臺機(jī)組，且時間長達(dá)1～2個月甚至更長，其影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔檢修主要包括:風(fēng)機(jī)、減速器等機(jī)電設(shè)備的維護(hù)，淋水填料、除水器、噴濺裝置的更換等。由于采用多格機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，在對冷卻塔檢修時可對其進(jìn)行隔離檢修，而不影響其他機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的運行。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的檢修工作量相對較小，工期短則可在氣溫不太高的春、秋季，在某格停運期間進(jìn)行或配合主機(jī)大修時進(jìn)行檢修。

3.3 噪聲

一般大型自然通風(fēng)冷卻塔運行時產(chǎn)生的噪聲級均在70～80dB(A)左右，聲源主要來自下落水沖擊、自然風(fēng)，屬寬頻帶噪聲，低、高頻的噪聲級都較高，且全天穩(wěn)定。機(jī)力通風(fēng)冷卻塔運行時所產(chǎn)生的噪聲較自然塔大，聲源主要來自機(jī)械產(chǎn)生的噪聲和落水噪聲，由于其聲源特點不同，機(jī)力塔產(chǎn)生的噪聲屬于低頻噪聲，音頻500Hz以下的噪聲級在80～90dB(A)左右，由于聲音傳播過程中低頻衰減慢，所以傳播距離遠(yuǎn)。

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》，電廠廠界的環(huán)境噪聲應(yīng)小于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)晝間65dB(A)、夜間55dB(A)的要求。各方案噪聲影響如下:

自然塔方案冷卻塔的北側(cè)和東側(cè)都是電廠生產(chǎn)建構(gòu)筑物，無民用和生活用房，沒有環(huán)境影響。根據(jù)測算，冷卻塔及主廠房燃機(jī)噪聲對西側(cè)和南側(cè)兩個方向的廠界噪聲影響較大，正常情況下，圍墻外約35m處可達(dá)到日間65dB(A)的要求，圍墻外約120m處方可達(dá)到夜間55dB(A)的要求。自然塔方案在冷卻塔區(qū)域的北側(cè)和南側(cè)圍墻處設(shè)置隔聲屏障，來滿足環(huán)保要求。

機(jī)力塔方案冷卻塔的北側(cè)和東側(cè)都是電廠生產(chǎn)建構(gòu)筑物，無民用和生活用房，沒有環(huán)境影響。冷卻塔及主廠房燃機(jī)噪聲對西側(cè)和南側(cè)兩個方向的廠界噪聲影響更大，正常情況下，圍墻外約90m處才能達(dá)到日間65dB(A)的要求，圍墻外約180m處方可達(dá)到夜間55dB(A)的要求。針對不同噪聲類型采用不同的降噪措施。

對于機(jī)力塔由于風(fēng)機(jī)振動引起的振動噪聲，機(jī)力塔采用混凝土框架的同時，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

對于風(fēng)機(jī)電機(jī)噪聲，加裝電機(jī)隔聲罩。

對于淋水噪聲，在機(jī)力塔西側(cè)和南側(cè)圍墻處設(shè)置隔聲屏障。

對于風(fēng)機(jī)噪聲，采用低噪聲風(fēng)機(jī)和減速器，機(jī)力塔出口處預(yù)留安裝消聲裝置條件。風(fēng)機(jī)風(fēng)量考慮消聲裝置對機(jī)力塔冷卻效果的影響，風(fēng)機(jī)和電機(jī)出力考慮出口消聲裝置30Pa阻力。

4 經(jīng)濟(jì)對比分析

兩種冷卻塔方案經(jīng)濟(jì)對比表，見表1。

從總投資對比可看出，采用機(jī)力塔初期投資較省。

但其運行費用較高，造成年總費用較自然塔高約80．8萬元。

由于燃機(jī)電站位于工業(yè)區(qū)內(nèi)，機(jī)力塔布置靈活，高度相對較低，對周邊的視覺環(huán)境影響相對較小。且本燃機(jī)投產(chǎn)后，有工業(yè)抽氣，機(jī)力塔可根據(jù)負(fù)荷運行靈活，檢修方便，工程最終實施采用機(jī)力塔方案。

5 結(jié)語

(1)對于燃機(jī)電站，采用自然通風(fēng)冷卻塔和機(jī)械通風(fēng)冷卻塔均可。目前大多數(shù)燃機(jī)電站位于城市周邊或城市的開發(fā)區(qū)內(nèi)，廠區(qū)用地較緊張，且對電站內(nèi)的建構(gòu)筑物的高度提出一定的要求。由于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔占地小，布置靈活，高度低，目前常用于城市周邊的燃機(jī)電站。

(2)對于位于城市周邊的燃機(jī)電站，對機(jī)力塔的降噪提出較高的要求。

[1] 趙振國.冷卻塔[M].北京:中國水利水電出版社,1996.

[2] GB/T50392-2006,機(jī)械通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2007.

李金海(1979—),男,河北石家莊人,碩士研究生、工程師,研究方向為火力發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)。