國外高溫高濕地區優選機械通風冷卻塔

高坤華

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

國外高溫高濕地區優選機械通風冷卻塔

高坤華

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

為做好涉外工程，本文以印尼南蘇4×600MW坑口電站為例，介紹本工程循環水系統的優化，通過技術經濟比較，推薦用機械通風冷卻塔代替自然通風冷卻塔的循環水系統，在此類高溫高濕地區是經濟的和合理的，為以后工程提供設計經驗。

機械通風冷卻塔；涉外工程；高溫高濕地區；優化設計。

隨著我國電力行業的迅猛發展，國內火力發電項目速度趨緩，電力勘測設計市場的競爭日益激烈，越來越多的電力勘測設計單位開始向國外市場拓展生存空間，最近我院完成了印度、印尼涉外工程的設計。由于此類地區氣溫及濕度都較高，在循環水系統設計上與國內有一定區別。本文以印尼南蘇4×600 MW坑口電站為例，介紹本工程循環水系統的優化，通過技術經濟比較，推薦用機械通風冷卻塔代替自然通風冷卻塔的循環水系統，在高溫高濕地區是經濟的和合理的，為以后工程提供設計經驗。

1 工程概況

印尼南蘇4×600 MW坑口電站在印度尼西亞南蘇門答臘省MUARA ENIM縣，Darmo鎮東南約4.3 km處。廠址地形較平坦，呈淺丘狀，自然地面標高絕大部分在100.0 m～110.0 m之間，電廠水源為Lematang河水，取水管線長約30.0 km。廠址地震烈度為8度。

廠址所在區域屬干濕季明顯的熱帶氣候區。干季始于5或6月，持續約6個月到10或11月結束，其余為濕季。多年年平均降水量為3226 mm，多年年平均降水日數為202天。工程區域多年逐月氣溫的變化范圍為21℃～33℃，均值為27℃。相對濕度變化范圍為30%～90%，最小相對濕度常發生在12月，而最大相對濕度常發生在5月。

2 循環水系統

方案一：循環水系統采用帶有自然通風冷卻塔的單元制再循環供水系統。方案二：循環水系統采用帶有機械通風冷卻塔的單元制再循環供水系統。

每臺機組配2臺各占50%夏季循環水量循環水泵，1座冷卻塔。循環水泵房靠近冷卻塔布置。從冷卻塔水池出水至循環水泵房為引水明渠及前池，從循環水泵房至汽機房凝汽器的進水管和由凝汽器至冷卻塔的出水管均為各自獨立的壓力管道。

3 循環水系統優化

3.1 循環水系統優化設計的計算方法

循環水系統優化計算，采用年總費用最小法[2]，即將投資按規定的回收率分攤至每一年中，再加上上一年的水泵耗電費、微增出力引起的補償電量的電費為年總費用，其值最小的方案為最優。計算結果中年總費用值，不是各方案的實際年總費用值，而是各方案比較的相對值。如各方案中泵房、循環水溝的長度及規格相同，其投資也相同，對比較結果無影響，該部分投資未列入計算結果中。

3.2 原始數據

⑴汽輪機主要熱力數據見表1。

表1 汽輪機主要熱力數據

⑵ 氣象條件：逐月氣象條件見表2。

頻率為1 0%的日平均干球溫度假定為30.6oC，相對濕度假定84%，平均氣壓998.6 hPa。

3.3 循環水系統優化設計中有關參數的取值

3.3.1 計算取值

循環水泵耗電電費單價采用0.196元/kW·h。

表2 氣象條件

微增出力引起的補償電量電價的折減系數取0.85。

本工程投資回收率為8%，10年固定費用分攤率為17.4%，20年固定費用分攤率為12.7%，30年固定費用分攤率為11.4%，年維修費用為2.5%。

電廠經濟運行年限30年。

機組年利用小時數：7008，各月平均分配。

3.3.2 冷卻塔

⑴方案一：配置自然通風冷卻塔的設計輸入取值。

① 冷卻塔面積：9000 m2；9500 m2；10000 m2；10500 m2；11000 m2。

②冷卻塔單位面積造價：6100元/m2。

⑵方案二：配置機械通風冷卻塔的循環水系統優化設計。

①風機選配電機功率160 KW，風機直徑?8530 mm，機力塔單位造價，80萬元/段。

風機選配電機功率200 KW，風機直徑?9750 mm，機力塔單位造價，105萬元/段。

3.3.3 凝汽器

凝汽器面積：37000 m2；38000 m2；39000 m2；40000 m2；41000 m2；42000 m2。

凝汽器為雙背壓，單流程，冷卻管材選用不銹鋼(304)管，清潔系數為0.85。

凝汽器單位面積造價：750元/ m2

凝汽器凝汽器的端差不得小于2.8℃。若計算出的端差小于2.8℃，取端差為2.8℃[2]。

3.3.4 優化計算的方案組合

根據其它工程的經驗，結合本工程的實際情況，擬定了優化計算的方案組合

冷卻塔面積(m2)：9000；9500；10000；10500；11000。

凝汽器面積(m2)：37000；38000；39000；40000；41000；42000。

冷卻倍率： 55 ；60；66；70；72。

循環水總管管徑：DN3200；DN3000。

循環水支管管徑：DN2400；DN2200。

3.4 循環水系統優化設計結果

3.4.1 方案一：配置自然通風冷卻塔的循環水系統優化設計

⑴配置自然通風冷卻塔的循環水系統優化設計計算結果

根據以上參數，系統組成400個方案進行優化計算，計算結果前15位方案排序見表3。

表3 循環水系統優化結果

⑵配置自然通風冷卻塔的循環水系統優化設計結果分析

根據循環水系統優化設計結果，對冷卻塔面積、凝汽器面積、冷卻倍率及背壓的取值進行了分析。

電價上調對推薦采用較大冷卻塔面積的方案有利，且冷卻塔面積增大時，冷卻塔出水溫度較低，冷效好。前11名方案均為11000 m2冷卻塔，所以選擇11000 m2冷卻塔方案較為合適。

對37000～42000 m2凝汽器進行優化，結果表明：凝汽器面積增大時，初期投資較低，年費用較低，所以選擇42000 m2凝汽器方案較為合適。

前15名的冷卻倍率均為55和60，而且冷卻倍率增大時，年費用成增大趨勢，當選42000 m2凝汽器，11000 m2冷卻塔，冷卻倍率為60倍時，在年平均氣象條件下，比冷卻倍率為50和65時，背壓較小，微增電費最小，機組熱效較高，所以冷卻倍率推薦采用60。

本工程擬采用的汽輪機額定工況對應的背壓為7.2 kPa，根據出力對熱耗的修正曲線，當凝汽器背壓高于此壓力時，汽輪機出力將隨之減少，為達到這一目標，因此采用較大的冷卻水量、較大冷卻塔面積和較大的凝汽器面積有利，本設計將充分考慮這個特點。

總上所述，推薦優化結果排名第六的42000 m2凝汽器，11000 m2冷卻塔，冷卻倍率為60倍的方案。

⑶配置自然通風冷卻塔的循環水系統優化設計結果

通過循環水系統的優化計算，推薦循環水系統參數如下：

循環水系統采用單元制供水系統，每臺機組配2臺循環水泵，冷卻塔面積11000 m2，設計冷卻倍數60倍，凝汽器面積42000m2，循環水總管管徑DN3200，循環水支管管徑DN2400。

在頻率10%氣象條件下，冷卻塔出水溫度為31.75oC，平均背壓為8.94 kPa，不超過汽輪機滿負荷運行時的最高允許背壓11.80 kPa。在年平均氣象條件下，計算冷卻塔出水溫度(凝汽器進水溫度)為28.74oC，平均背壓約為7.50 kPa。

3.4.2 方案二：配置機械通風冷卻塔的循環水系統優化設計

機械通風冷卻塔配置方案的優化：設計工況凝汽量為1200 t/h，輔機冷卻水量為2230 t/h，機力塔不同段數對應的單塔水量見表4。

表4 機力塔不同段數對應的單塔水量 單位：m3/h

根據以上參數資料，系統組成30個方案進行優化計算，冷卻塔的熱力計算采用焓差法[3]。計算結果前2位方案，在年平均氣象條件下，根據不同組合的機力塔段數和倍率計算出各自的年費用(不包含循管、凝汽器)，機力塔前3名組合方案見表5。

表5 機力塔前3名組合方案

根據對循環水系統優化計算結果的分析比較，為節約初投資，考慮到機組的實際情況，本工程推薦循環水供水系統方案組合為：

機力塔風機電機配置功率N＝200 kW，塔段數M＝15，循環水倍率n＝66、凝汽器面積42000 m2、循環水管DN3200。該方案組合在年平均氣象條件下，在年平均氣象條件下，計算冷卻塔出水溫度(凝汽器進水溫度)為28.8oC，平均背壓約為7.50 kPa。在夏季10%氣象條件下，計算冷卻塔出水溫度(凝汽器進水溫度)為32oC，平均背壓約為9.0 kPa。

4 兩種方案比較

4.1 適用條件及優缺點

循環水系統配自然通風冷卻塔及機械通風冷卻塔適用條件及優缺點見表6。

表6 適用條件及優缺點對照表

4.2 年費用比較

循環水系統配置自然通風冷卻塔的方案為冷卻塔淋水面積11000 m2，冷卻倍率為60倍；機力塔方案為機力塔風機電機配置功率N＝200 KW，風機直徑?9750 mm，塔段數M＝15，冷卻倍率n＝66。根據自然塔和機力塔各自的推薦組合方案，將各自的費用列入表7。

表7 自然塔與機力塔年費用比較

由表7看出，循環水系統配置自然通風冷卻塔的方案比配置機力塔方案年費用多301萬元。

5 結論

從上表的經濟比較結果可以看出，由于電廠當地的氣溫及濕度都較高，選擇自然塔的淋水面積會相對較大，造價相對較高，冷卻塔出水溫度亦相對較高，導致在各自優化組合的方案配置上，自然塔年費用大大高于機力塔。同時，自然塔的施工周期較長，結合印尼當地的施工水平，對于11000 m2的大型自然塔的施工難度會比較大。因此，綜合上述幾點原因，推薦循環水系統配置帶機械通風冷卻塔的方案更為適合本工程的實際條件。推薦的循環水系統配置方案為：機力塔風機電機配置功率N＝200 kW，風機直徑?9750 mm，塔段數M＝15，循環水冷卻倍率n＝66、凝汽器面積42000 m2，循環水管DN3200。該方案組合在年平均氣象條件下，在年平均氣象條件下，計算冷卻塔出水溫度(凝汽器進水溫度)為28.8oC，平均背壓約為7.50 kPa。在頻率10%的氣象條件下，計算冷卻塔出水溫度(凝汽器進水溫度)為32oC，平均背壓約為9.0 kPa。

[1] DL/T5339-2006，火力發電廠水工設計規范[S].

[2] GB/T50102-2003,，工業循環水冷卻設計規范[S].

Optimization Design on the Cooling Tower Type Selection Elevated Temperature and High Humidity Area in Overseas

GAO Kun-hua
(ShanDong Electric Power Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

he article take the project of South Sumatra 4×600MW mine mouth power plant as sample , introduced the optimization of the circulating water system of the project in order to exploit the international market and do the foreign project better .Compared with technique and economy, it is economical and reasonable after using machanical-draft watercooling water instead of natural draft cooling water in the elevated temperature and high humidity area.The project provide the design experience for the similer condition area.

elevated temperature and high humidity area; circulating water system; cooling tower; lectotype; optimum design.

TM621

B

1671-9913(2010)06-0048-05

2010-10-30

高坤華(1965-)，女，高級工程師，主要從事電廠設計工作。