垃圾焚燒發電廠冷卻塔選型探討

摘 要：在垃圾焚燒發電廠的設計、建設過程中，冷卻塔的選型是較為重要的一個環節。這不僅決定了冷卻塔的運行效果能否滿足垃圾焚燒發電廠工藝生產的需要和建設的投入，也關系到日后運行的檢修維護管理、能耗及環境保護問題。

關鍵詞：發電廠；冷卻塔；選型

垃圾焚燒發電廠冷卻系統主要是指汽輪機排汽端凝汽器冷卻系統，將汽輪機已做過功的乏汽冷凝成凝結水，凝結水再輸送至鍋爐中繼續循環。它是垃圾發電系統中的重要組成部分，其工作性能的優劣直接影響到整個垃圾焚燒發電廠的熱經濟性和運行可靠性。冷卻系統主要有直流冷卻系統和循環冷卻系統（含開式循環和閉式循環）。

在冷卻塔的建設過程中，冷卻塔的設計選型是一個重要的環節。這不僅決定了冷卻塔的運行冷卻效果能否滿足生產的需要和電廠基本建設的投入，也關系到日后運行的檢修維護管理、能耗及環境保護問題。

垃圾焚燒發電廠冷卻塔的分類和比較：

按冷卻塔通風方式分自然通風冷卻塔、混合通風冷卻塔、機械通風冷卻塔。自然通風冷卻塔又稱雙曲線型風筒式冷卻塔，它利用塔內外的空氣密度差造成的通風抽力使空氣流通，其優點在于冷卻效果穩定，運行費用低，故障較少，便于維護，風筒高，飄滴和霧氣對環境影響小，缺點在于空氣內外密度差小，通風抽力小，不易用在高溫高濕地區。由于自然循環冷卻塔對塔身高度有要求，且全部由混凝土澆筑而成，自然通風冷卻塔施工是垃圾焚燒電廠土建施工中難度、風險較高的一項作業。自然循環冷卻塔施工過程中安全風險相比機械通風冷卻塔較高，施工危險主要為高空作業引起的人員傷亡及腳手架搭設拆除過程中產生的設備及防護缺陷。相比于自然循環冷卻塔，機力塔高度低，占地面積明顯減小，且施工量小，施工周期大大縮短，高空作業及腳手架搭設過程中的風險也極大降低。

機械通風冷卻塔又分鼓風式和抽風式冷卻塔，分別利用鼓風機或抽風機強制空氣流動，其優點是冷卻效率高，冷卻穩定，占地面積較小，基建投資少，但運行費用高，其中抽風式使塔內呈負正壓狀態，有利于水蒸發，鼓風式情況則相反，鼓風式冷卻塔主要用于小型冷卻塔或水對風機有侵蝕性的冷卻塔中。

下面以某垃圾焚燒發電廠實際情況對兩種冷卻塔進行分析：

機組及運行條件：焚燒爐焚燒處理能力為500t/d，具備120%超負荷能力，余熱鍋爐為自然循環臥式鍋爐。汽輪機發電機系統采用單軸、單缸單排汽、凝汽式汽輪發電機組。冷卻塔配置可按自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔兩種形式配置，自然通風冷卻塔配置方式為：2×12MW機組采用自然通風冷卻塔的循環供水系統，母管制運行。根據冷卻塔選型計算，可配置1座淋水面積為1150m2的鋼筋混凝土雙曲線自然通風冷卻塔。兩臺機組配置循環水泵4臺，其排水工藝流程如下：

污水處理廠中水→廠區中水深度處理站→工業冷卻水系統回水→冷卻塔集水池→循環水回水溝→循環水泵房→循環水供水壓力母管→輔機冷卻水系統→循環水排水壓力母管→自然通風冷卻塔→冷卻塔集水池。

機力塔配置為：配3座處理能力2100m3/h的機械通風冷卻塔。2臺機組配置循環水泵4臺，1機2泵，循環水進排水管各1根，回水溝1條。其供排水工藝流程如下：

污水處理廠中水→中水深度處理→工業冷卻水系統回水→冷卻塔集水池→循環水回水溝→循環水泵房→循環水供水壓力母管→凝汽器/輔機冷卻水系統→循環水排水壓力母管→機械通風冷卻塔→冷卻塔集水池。

簡要說明：

冷卻效率：機力通風塔βXV=12500～13000kg/（m3·h）

自然通風塔βXV=3000～3500kg/（m3·h）

由于機力通風塔的塔斷面過風量比自然通風較大，氣水熱交換的推動力大，填料的利用率高，冷卻效率較高。

回流影響：機力通風塔出口位置一般靠近地面，回流影響所以較大，使環境溫度增加從而降低冷卻效果。自然通風塔由于出風口較高，而影響較小。

對氣象條件的適應能力：極力通風冷卻塔溫差Δt較大，逼近度要求低（可實現3～5℃），負荷穩定。自然通風冷卻塔濕球溫度低，相對濕度低，逼近度要求大（一般≥7℃）。自然通風冷卻塔的正常工作主要靠塔內上下的空氣密度差來完成，當外界氣象條件不利于產生這種密度差（如空氣濕度較大）時，塔的熱工性能下降明顯，而機力通風塔對氣候的適應能力則較強。在淋水下淋過程中，機力通風熱交換比較充分，機力通風保證了負荷的穩定。

設備占地面積單塔尺寸：機械通風冷卻塔13m×13m，3塔占地面積：39m×13m≈507m2。自然通風冷卻塔水池零米直徑：41.1m，占地面積：3.14×20.55m×20.55m≈1326m2。自然通風冷卻塔要保證一定的氣水比，則塔內必須有一定的通風面積，而要保證一定的抽力塔體高度也較機力通風塔高得多。

動力系統維護保養方面機械通風冷卻塔帶有風機，所以需要動力系統維護保養。自然通風冷卻塔無需動力系統維護保養。運行安全可靠性方面，機械通風冷卻塔當塔群臺數≥6時，風機設備事故對系統運行影響不大安全可靠，目前機力通風冷卻塔設備均配置有風機運行監控系統，確保風機安全運轉，當風機需要檢修時，冷卻塔仍可通水工作，由于自然通風的作用，仍可保留開風機時1/3的冷卻能力，對機組系統出力影響可適當減小。

設備運行噪聲方面，機力塔淋水高度低，淋水噪聲較低，風機噪音隨著距離的加大，噪音值衰減的比較快；自然塔淋水高度大，產生的淋水噪聲高且不易得到控制。

飄滴影響方面，由于機力塔塔體較矮，為減少飄滴影響，可選用B0-16-45型高效除水器，可降低飄滴損失至0.003%。

機力通風冷卻塔與自然通風冷卻塔建設投資分析比較：

機械通風冷卻塔設備及安裝投資：172.5土建投資167萬元；配電裝置38萬元；降噪投資差值：150萬元；總計：527.5萬元。自然通風冷卻塔土建投資：807萬元。由于自然通風塔冷卻效率低，占地面積大，結構要求較高，因而材料消耗及土建投資相應較高。（機力通風塔以砼框架、玻璃鋼維護板、風筒的混合結構冷卻塔測算）由于本項目噪聲排放需達到2類標準，故機力塔進出風口都需加裝消聲器，降噪造價增加150萬。

機械通風冷卻塔施工周期（含設備安裝周期）2.5個月；自然通風冷卻塔施工周期6～8個月；機力通風塔基建量小，利于工廠化生產從而縮短了工期。自然通風塔由于有高大的風筒，基建周期較長。

經濟分析方面，機力塔風機電耗日電耗：270*24*0.65=4212（元），年電耗：4212*360=151.632（萬元），運行期風機總電耗：151.632*25=3790.8（萬元），基準值機力塔3臺風機，每臺功率90KW，壽命期按25年、電費按0.65元、一年按360天運行計算，未考慮設備運行方式。

循環水泵增容后超出電耗日電耗：7.5*4*24*0.65=468（元），年電耗：468*360=16.848（萬元），運行期總電耗：16.848*25=421.2（萬元），基準值機力塔相比自然塔的循泵功率每臺增加7.5kW，總共4臺循泵，壽命期按25年、電費按0.65元、一年按360天運行計算，未考慮設備運行方式。

機力塔電耗合計：3790.8+421.2=4215.79（萬元）機力塔按季節、設備運行工況綜合考慮，實際發生費用應乘相應系數，該地區冬季、夏季溫差較大，設備運行系數按0.65考慮，采用機力塔運行期總售電損失為：4215.79*0.65=2740.2635（萬元）。

作者簡介：張全勝（1979，01-），男，河南省平頂山市，現職稱：技師，學歷：本科，研究方向：電廠汽輪機。