發(fā)電廠常規(guī)冷卻塔與瘦高塔技術(shù)經(jīng)濟比較

吳迷芳 趙 蘇

1.中國電建集團華中電力設(shè)計研究院有限公司 河南 鄭州 450007;2.黃河水利委員會水文局 河南 鄭州 450004

0 引言

河南某2×660MW發(fā)電廠為異地擴建超超臨界燃煤機組,循環(huán)水系統(tǒng)采用帶逆流式自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)擴大單元制供水系統(tǒng),每臺機組配置一座冷卻塔。初步設(shè)計方案,按照年費用最低優(yōu)化出:每臺機組配置一座9000m2的常規(guī)型自然通風(fēng)冷卻塔,凝汽器面積為40000m2,夏季出塔水溫32.5℃,背壓為9.88kPa,年均出塔水溫22.23℃,背壓5.23 kPa。在上述配置條件下,冷卻塔的全年平均出水溫度對應(yīng)的機組背壓高于汽輪機額定背壓,所以初設(shè)審查后,結(jié)合確定的凝汽器面積,對冷端系統(tǒng)重新進行優(yōu)化配置。為了進一步選擇更適合該電廠的冷卻塔配置方案,對常規(guī)塔和瘦高塔進行了較為詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較。選擇合理的塔型對整個電廠的節(jié)能減排也起到了非常重要的作用。

1 冷卻塔簡介

目前世界上擁有成熟的冷卻塔技術(shù)的公司有比利時哈蒙（HAMON）公司、德國的GEA公司、美國的SPX公司。目前我國電廠自然通風(fēng)冷卻塔普遍采用哈蒙公司的技術(shù),即本文中提到的常規(guī)塔。瘦高塔是SPX公司研發(fā)的瘦高型自然通風(fēng)冷卻塔,目前在國外應(yīng)用廣泛,國內(nèi)應(yīng)用較少,但是隨著技術(shù)的發(fā)展,瘦高塔在國內(nèi)的應(yīng)用也越來越廣泛,已經(jīng)投運的較大型電廠有張家港華興電廠2×395 MW燃機電廠使用的2600m2瘦高塔、華能濟寧電廠2×350 MW電廠采用4267 m2瘦高塔、大唐河北馬頭2×300 MW供熱工程的4381m2等。

2 項目背景

2.1 汽輪機主要技術(shù)規(guī)范和性能

2.1.1 汽輪機為660 MW超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機,參數(shù)為27.0 MPa.a/600℃/620℃。

汽輪機主要參數(shù)

凝汽量（t/h）:

THA工況 1103.4t/h

TMCR工況 1165.2t/h

TRL工況1189.5t/h

VWO工況 1213.6t/h

2.1.2 凝汽器為雙背壓、雙殼體、對分單流程、表面式

冷卻水管材質(zhì)TP317L

冷卻水管外徑 ф25

管子壁厚 0.7mm

2.2 主要氣象條件

2.2.1 多年逐月氣象統(tǒng)計值

根據(jù)多年連續(xù)觀測資料,統(tǒng)計的逐月平均氣象條件見表2.2.1。

表2.2.1 多年逐月平均氣象資料

2.2.2 P=10%濕球溫度

該地區(qū)最近連續(xù)五年（2007～2011年）夏季6、7、8三個月的日平均濕球溫度的統(tǒng)計計算,得出P=10%濕球溫度為:26.6℃。

本次設(shè)計氣溫和相對濕度采用數(shù)據(jù):氣溫29.9℃,相對濕度為77%,氣壓996.4 hPa,風(fēng)速為2.5m/s。

3 常規(guī)塔選型

哈蒙技術(shù)自1985年引進以來,經(jīng)過不斷的消化和改進,目前國內(nèi)冷卻塔的選型和結(jié)構(gòu)計算有成熟的軟件,本文在既定的設(shè)計條件下:凝汽器面積40000m2,冷卻塔平均出水溫度為20℃,汽輪機額定背壓4.9kpa,淋水填料采用冷效高、質(zhì)量輕PVC塑料填料（S波）,使用我院自主研發(fā)的優(yōu)化軟件《火力發(fā)電廠供水系統(tǒng)優(yōu)化2.0》,優(yōu)化計算出的常規(guī)塔面積為10000m2,塔高160m,填料1.0m,塔頂半徑37.357m,進風(fēng)口高度10.8m,喉部半徑33.378m,底部零米半徑60.258m。

4 瘦高塔選型

采用與常規(guī)塔相同的輸入條件,SPX公司配合優(yōu)化計算出了瘦高塔的設(shè)計方案,優(yōu)化計算出的瘦高塔面積為8196m2,塔高165m,填料1.53m,塔頂半徑34.44m,進風(fēng)口高度7.778m,喉部半徑30.685m,底部零米半徑57.95m。

瘦高塔采用的是SPX公司的專利填料,片間距19mm,散熱面積大,阻力較小,抗阻塞。除水器采用TU12C型,經(jīng)美國權(quán)威CTI協(xié)會實測,飄滴損失可低于國家標(biāo)準(zhǔn)0.05%。

5 常規(guī)塔與瘦高塔方案比較

因為缺少瘦高塔的填料性能參數(shù),目前無法對采用瘦高塔的整個供水系統(tǒng)進行冷端優(yōu)化,本文只是在相同或者是相似的冷卻效果條件下,對瘦高塔和常規(guī)塔進行一個技術(shù)經(jīng)濟比較。所以,本報告對瘦高塔8196m2和常規(guī)塔10000m2的方案（冷卻塔平均出水溫度為20℃）進行了技術(shù)經(jīng)濟比較。

5.1 方案比較

表5-1 冷卻塔參數(shù)比較表

5.2 固定投資比較

表5-2 冷卻塔配置方案的固定投資比較（單位:萬元）

5.3 運行費用比較

表5-3 冷卻塔配置方案的運行費用比較（單位:萬元）

5.4 年總費用比較

表5-4 冷卻塔配置方案的年總費用比較（單位:萬元）

5.5 常規(guī)塔與瘦高塔比較結(jié)論

從上面的比較可以看出:

1）自然塔占地面積大,初期投資高,風(fēng)吹損失水量較大,循環(huán)水泵運行費用較高,填料使用年限較小。

2）瘦高塔占地面積小,初期投資低,風(fēng)吹損失水量較小,循環(huán)水泵運行費用較低,填料使用年限較長。

綜上,瘦高塔固定費用和年運行費用都較低,占地面積小,故瘦高塔較優(yōu)。

6 現(xiàn)狀

綜上所述,在相同的冷卻效果的條件下,瘦高塔8196m2較常規(guī)塔10000m2固定投資、年運行費用都較低,此外,瘦高塔淋水密度較大,在防凍效果上優(yōu)于常規(guī)塔,所以,該660MW燃煤電廠采用了瘦高塔方案,目前,該項目已投運,迎風(fēng)度夏時,冷卻塔出塔水溫和汽輪機排氣壓力都低于優(yōu)于省內(nèi)同類型機組。

7 后續(xù)與展望

常規(guī)塔和瘦高塔都是成熟的冷卻技術(shù),在國內(nèi)外的大小機組中都有應(yīng)用,都可以滿足本工程的冷卻要求。瘦高塔在國內(nèi)外已有成熟的運行經(jīng)驗和很好的業(yè)績,河南省內(nèi),已有兩個2×660 MW電廠和一個燃機電廠（2×450MW）采用了瘦高塔方案,目前已投運,運行效果良好,受到業(yè)主及同行的一致好評。

8 河南省內(nèi)瘦高塔運行實例

8.1 實例一:豫南某燃煤電廠2×660MW

該電廠為2X660 MW機組,循環(huán)水量64606m3/h,年平均出塔水溫不高于20℃,原設(shè)計為10000m2的常規(guī)冷卻塔,由于占地原因修改為8196m2瘦高型冷卻塔。運行后效果良好,后期業(yè)主在進風(fēng)口處增加了部分降噪裝置,冷卻塔還能達到100%的冷卻效果。

8.2 實例二:豫南某燃機電廠（2×450 MW）

2016年周口燃氣電廠（2X450 MW）,循環(huán)水量27062m3/h,年平均出塔水溫不高于20℃,常規(guī)塔面積4500 m2,后優(yōu)化為3249m2瘦高塔。2017年投入運行,運行后效果良好。

8.3 實例三:豫中某燃煤電廠2×660MW

2017年大唐鞏義電廠（2X660 MW）,循環(huán)水量63465m3/h,年平均出塔水溫不高于20℃,采用為8050m2瘦高塔。2019年投入運行,運行后效果良好。