燃機電站冷卻塔選型分析

李金海

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

燃機電站冷卻塔選型分析

李金海

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

對于燃機電站,冷卻方式多采用帶冷卻塔的二次循環供水系統。而對于冷卻塔的型式,多采用自然通風冷卻塔或機械通風冷卻塔。本文將針對某燃機電站的特點,從運行方式、檢修條件、運行費用、土建費用及與周邊和燃機廠區環境的協調性等多方面對自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔進行對比分析,提出經濟合理的冷卻塔方案。

燃機電站 冷卻塔 二次循環

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

本文將對南方某燃機電站為例，對燃機電站得冷卻塔型式進行對比分析，選擇經濟合理的冷卻塔。

1 燃機電站基本情況

本燃機電站為9E級燃機，采用“一拖一”方案。根據水源條件，采用江水二次循環供水系統。由于為擴建廠址，廠區用地較緊張，根據總平面布置，冷卻塔布置在廠區的西南較。

根據總平面布置，冷卻塔設置在在廠區的西南角，由于為擴建廠址，廠區用地較緊張。

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

根據燃機電站的氣象條件，冷卻設施采用機械通風冷卻塔和自然通風冷卻塔均是可行。

下面將對上述兩種冷卻設施的配置方案分別說明:

2.1 方案一

每臺機組配置3格逆流式機械通風冷卻塔，2臺機組共配置6格，分2排布置。

機力通風冷卻塔主要參數如下:

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)

進風口高度:4．3m

塔總高(風筒頂處):17m

風機直徑:9754mm

設計風量:295．33×104m3/h

電機功率: 200kW

夏季P=10%氣象條件出水溫度≤32℃

機力通風冷卻塔為現澆鋼筋混凝土框架結構及混凝土外維護結構的混合結構。冷卻塔的主要受力的框架梁、柱、頂板、外圍護結構等均為鋼筋混凝土結構，通風筒、導流裝置等采用玻璃鋼結構。機力通風冷卻塔下部設有現澆鋼筋混凝土集水池，深約2．5m。

2.2 方案二

根據本工程廠區布置，無法布置下兩座自然通風冷卻塔，故本設計方案中兩臺機組設置1座冷卻面積為4250m2自然通風冷卻塔，冷卻塔布置在廠區西南角。

淋水面積: 4250m2

塔頂標高: 105m

進風口標高: 7．20m

喉部標高: 78．75m

喉部直徑: 46．720m

出口直徑: 49．549m

配水管中心標高:10．35m

填料頂標高: 9．2m

填料高度: 1．0m豎井水位標高: 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 兩種方案技術性比較

3.1 自然塔和機力塔布置的可行性和運行的安全性

本工程采用自然通風冷卻塔或機械通風冷卻塔方案，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，平時運行中維護工作量小，冷卻效果穩定，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。

采用自然通風冷卻塔，2套機組配置1座自然通風冷卻塔，目前這種冷卻塔配置方案國內應用較少，大部分為南方較小容量機組，如江西貴溪電廠2×125MW機組，再大容量的電廠如國電青山電廠(2×300MW)機組，其配置一座9000m2逆流式自然通風冷卻塔，已投入運行。國外火電廠采用兩機一塔的也不多，如德國Gersteinwerk電廠(2×400MW)、Lingen電廠(2×400MW)等。

機械通風冷卻塔初期投資小、地基處理簡單，建設工期短、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到3～5℃， 冷卻效果穩定，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。但機械通風冷卻塔需要風機設備及經常運行中的電耗，較之自然通風冷卻塔增加了檢修維護工作量及運行費。

本工程位于開發區內，西距風景名勝區約3km，采用自然通風冷卻塔，塔高105m，與周圍的自然環境也不協調，燃機廠區建構筑物較少，一般高度較低，采用高度大的自然通風冷卻塔也與廠區內其他建構筑物不協調。而機械通風冷卻塔，總高度不超過20m，其易與廠區周邊環境及燃機廠區環境協調一致。

3.2 占地

根據廠區總平面布置，自然通風冷卻塔塔區占地面積約為9538m2；機械通風冷卻塔塔區占地面積約為8389m2。機械通風冷卻塔占地面積約少1149m2。

自然通風冷卻塔檢修主要包括:塔筒殼體內、外混凝土維修；塔筒殼體內壁防水涂料重新涂刷；塔內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。

自然通風冷卻塔的維修工作一般在夏季進行，根據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。冷卻塔內的淋水填料、濺水噴頭需要定期維護，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。如兩機一塔，則冷卻塔大修，需要停運2臺機組，且時間長達1～2個月甚至更長，其影響電廠的經濟效益。

機械通風冷卻塔檢修主要包括:風機、減速器等機電設備的維護，淋水填料、除水器、噴濺裝置的更換等。由于采用多格機械通風冷卻塔，在對冷卻塔檢修時可對其進行隔離檢修，而不影響其他機械通風冷卻塔的運行。機械通風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，在某格停運期間進行或配合主機大修時進行檢修。

3.3 噪聲

一般大型自然通風冷卻塔運行時產生的噪聲級均在70～80dB(A)左右，聲源主要來自下落水沖擊、自然風，屬寬頻帶噪聲，低、高頻的噪聲級都較高，且全天穩定。機力通風冷卻塔運行時所產生的噪聲較自然塔大，聲源主要來自機械產生的噪聲和落水噪聲，由于其聲源特點不同，機力塔產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。

根據《工業企業廠界噪聲標準》，電廠廠界的環境噪聲應小于Ⅲ類標準晝間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和東側都是電廠生產建構筑物，無民用和生活用房，沒有環境影響。根據測算，冷卻塔及主廠房燃機噪聲對西側和南側兩個方向的廠界噪聲影響較大，正常情況下，圍墻外約35m處可達到日間65dB(A)的要求，圍墻外約120m處方可達到夜間55dB(A)的要求。自然塔方案在冷卻塔區域的北側和南側圍墻處設置隔聲屏障，來滿足環保要求。

機力塔方案冷卻塔的北側和東側都是電廠生產建構筑物，無民用和生活用房，沒有環境影響。冷卻塔及主廠房燃機噪聲對西側和南側兩個方向的廠界噪聲影響更大，正常情況下，圍墻外約90m處才能達到日間65dB(A)的要求，圍墻外約180m處方可達到夜間55dB(A)的要求。針對不同噪聲類型采用不同的降噪措施。

對于機力塔由于風機振動引起的振動噪聲，機力塔采用混凝土框架的同時，外圍護結構采用鋼筋混凝土結構。

對于風機電機噪聲，加裝電機隔聲罩。

對于淋水噪聲，在機力塔西側和南側圍墻處設置隔聲屏障。

對于風機噪聲，采用低噪聲風機和減速器，機力塔出口處預留安裝消聲裝置條件。風機風量考慮消聲裝置對機力塔冷卻效果的影響，風機和電機出力考慮出口消聲裝置30Pa阻力。

4 經濟對比分析

兩種冷卻塔方案經濟對比表，見表1。

從總投資對比可看出，采用機力塔初期投資較省。

但其運行費用較高，造成年總費用較自然塔高約80．8萬元。

由于燃機電站位于工業區內，機力塔布置靈活，高度相對較低，對周邊的視覺環境影響相對較小。且本燃機投產后，有工業抽氣，機力塔可根據負荷運行靈活，檢修方便，工程最終實施采用機力塔方案。

5 結語

(1)對于燃機電站，采用自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔均可。目前大多數燃機電站位于城市周邊或城市的開發區內，廠區用地較緊張，且對電站內的建構筑物的高度提出一定的要求。由于機械通風冷卻塔占地小，布置靈活，高度低，目前常用于城市周邊的燃機電站。

(2)對于位于城市周邊的燃機電站，對機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,機械通風冷卻塔工藝設計規范[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,研究方向為火力發電廠冷卻系統。