某電廠采用高位收水塔后的效果及存在問題分析

（中國能源建設(shè)集團遼寧電力勘測設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 高位收水冷卻塔技術(shù)

1．1 基本情況介紹

重慶萬州發(fā)電廠新建工程在國內(nèi)1000MW機組首次采用了節(jié)能降噪效果顯著的高位收水冷卻塔（據(jù)說華北電力設(shè)計院總包的合肥2×1000MW工程已率先應(yīng)用）。

高位收水冷卻塔技術(shù)可有效地減少循環(huán)水泵的靜揚程并降低冷卻塔淋水噪音，相比常規(guī)冷卻塔每臺機組循泵電動機功率減少約3400kW，噪音可減少約8～10dB(a)，從而大幅降低運行電耗及噪音治理費用。通過比較，采用高位收水冷卻塔后，兩臺機組循環(huán)水系統(tǒng)綜合投資比常規(guī)塔系統(tǒng)雖高約7722萬元，但年運行費用可降低991萬元。

國內(nèi)江西彭澤核電站也擬采用高位收水冷卻塔，該項目在2009年已與哈蒙公司簽訂合同，擬建高位收水自然通風(fēng)冷卻塔，塔高達(dá)215m，并已由哈蒙公司與國核院合作完成設(shè)計工作，該塔建成后將成為世界上最高的冷卻塔。而由法國電力公司和比利時哈蒙冷卻塔公司，20世紀(jì)70年代末合作設(shè)計了一套節(jié)能型冷卻塔。這主要是因為常規(guī)塔的冷卻水，都是經(jīng)填料自由落下的高度（即雨區(qū)）大，讓常規(guī)的冷卻塔供水高度比較高，從而需要使用功率很大的水泵才能滿足冷卻塔的供水需求。因此，他們在常規(guī)的冷卻塔現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，以減少循環(huán)水系統(tǒng)的電能消耗為目的，研究出一種能夠降低供水高度的節(jié)能型冷卻塔，名叫“逆流式自然通風(fēng)高位收水冷卻塔”。

圖1 高位收水冷卻塔淋水、集水單元示意圖

常規(guī)的冷卻塔使用的都是自然通風(fēng)手段，而自然風(fēng)速在使用的過程中并不穩(wěn)定，特別是填料后，從高空墜落至集水池的水流不但很大程度上會影響及水池的消能作用，還會產(chǎn)生極大的噪音污染。

而逆流式高位收水冷卻塔主動取消了常規(guī)塔底部的混凝土集水池及雨區(qū)，通過填料下端的收水斜板和收水槽將落下的水匯集到高位集水槽，并使用配備的高位收水裝置將冷卻后的循環(huán)水，經(jīng)由高位收水裝置截留并匯入到循環(huán)水泵房進(jìn)水間，再經(jīng)過循環(huán)水泵升壓后送回主廠房，進(jìn)行循環(huán)使用。其中，高位收水冷卻塔的高位集水槽間的高差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)塔及雨區(qū)的高度，產(chǎn)生的噪聲更小，并且更加的節(jié)能、環(huán)保。逆流式高位收水冷卻塔不但能提高資源利用效率，還符合現(xiàn)時代社會對人類發(fā)展活動提出的“綠色節(jié)能，低碳環(huán)保”的發(fā)展概念，提高了高位收水冷卻塔的生命力。

1．2 高位收水塔所具備的特點

（1）高位收水。高位收水冷卻塔使用的關(guān)鍵技術(shù)，就是使用高位的收水裝置取代常規(guī)冷卻塔底部的集水池及雨區(qū)。常規(guī)冷卻塔的集水槽因為落差大，為了防止墜落的水流濺射出集水槽，通常會將水面做得比較寬的寬淺型水池。而高位收水塔的集水槽因為落差小，所以不用擔(dān)心水流落下的動能問題，使用的是水面較小的窄深型水池。而高位冷卻塔的收水裝置主要包括有收水斜板和收水槽二部分，收水裝置安裝于進(jìn)風(fēng)口與填料之間，安裝高度在3m左右，其余的裝置迎合常規(guī)的冷卻塔保持一致。

（2）塔體尺寸。高位收水冷卻塔和常規(guī)冷卻塔在相同的冷卻效果下，高位收水塔的落水高度和落水的范圍都比常規(guī)塔要小，而高位收水塔的進(jìn)風(fēng)口高度比常規(guī)塔的增加，由此讓填料層的位置也上移了一部分，讓冷卻塔的淋水面積減小。因此，高位收水冷卻塔整體的尺寸比常規(guī)冷卻塔的小一點。

（3）低噪音。高空墜落的水流聲音，是所有冷卻塔產(chǎn)生的噪聲污染的主要來源。整個過程主要是從高空下落的冷卻水撞擊集水池產(chǎn)生的淋水噪音，而冷卻水的下落的高度越高，產(chǎn)生的噪音也就越大，就像自然景觀中的瀑布。而高位收水塔因為取消了集水池，改用收水斜板和集水槽，不但降低了冷卻水自由下落的高度，還讓冷卻水下落的區(qū)域在冷卻塔的筒壁里，形成天然的隔聲墻，通常可降低8～10dB（A）的噪音排放。

（4）循環(huán)水系統(tǒng)。高位收水冷卻塔的技術(shù)核心是即盡可能的減少雨區(qū)自由下落的水流高度。因此，高位收水冷卻塔和常規(guī)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)相比較，高位收水冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)需要具備高位收水冷卻塔的循環(huán)水泵揚程低、循泵房進(jìn)水間的高水位、泵房的布置、循環(huán)水溝的布置都應(yīng)該圍繞進(jìn)水間的高水位進(jìn)行布置，以滿足高位收水冷卻塔的核心技術(shù)要求。

（5）吊裝安裝技術(shù)高。由于增加了高位收水裝置，大部分的設(shè)備裝置都是采用的吊裝安裝技術(shù)，相關(guān)的配水管、填料、收水斜板、收水槽都需要進(jìn)行吊裝安裝。因為安裝的工程都在高空，對于吊裝的荷載大，對吊裝技術(shù)和設(shè)備材料的質(zhì)量都要求很高的可靠性要求，對吊裝的技藝要求很高，這也在無形中提高了冷卻塔的安裝技術(shù)難度。

（6）高效節(jié)能。前面已經(jīng)提到過，高位收水冷卻塔是將冷卻塔的淋雨區(qū)散熱取消，即將淋水填料落下的淋水在填料下不遠(yuǎn)處收集，并通過集水槽和水泵讓冷卻水重新進(jìn)入進(jìn)水間，進(jìn)行冷卻水的循環(huán)使用。通過這樣的措施，不但能有效地節(jié)省冷卻塔所消耗的揚程，也不會帶來太大的冷卻效果的損耗。這主要是因為冷卻塔的散熱區(qū)域主要是填料區(qū)，填料區(qū)的散熱占冷卻塔總散熱量的70%～80%，而淋雨區(qū)不但占據(jù)的冷卻效果少，而帶來的空氣阻力卻站冷卻塔內(nèi)的40%風(fēng)阻，采用高位收水后，雖然會減少淋雨區(qū)帶來的散熱量，但也會讓冷卻塔內(nèi)的空氣阻力大大減低，完全可以彌補淋雨區(qū)的散熱。

圖2

而高位收水塔作為一種節(jié)能型的冷卻塔，它主要的特點是無論冷卻塔的大小，其供水的幾何揚程是保持不變的，而常規(guī)塔的幾何揚程與塔大小有關(guān)系。因此，高位收水冷卻塔相比常規(guī)冷卻塔，更加高效節(jié)能。

表1

（7）換熱性能。冷卻塔中的雨區(qū)的換熱僅為全塔換熱的小部分內(nèi)容，而常規(guī)冷卻塔的雨區(qū)冷卻效果占全塔總冷卻效果的15%～20%，卻產(chǎn)生40%的風(fēng)阻。高位收水冷卻塔因為增加了高位收水設(shè)施，縮短了雨區(qū)的距離，收水斜板的設(shè)置也阻擋了部分進(jìn)風(fēng)面積，減少了雨區(qū)的通風(fēng)阻力。

由于高位收水塔的進(jìn)風(fēng)口高度比常規(guī)塔要高出一部分，相對于常規(guī)冷卻塔的進(jìn)風(fēng)阻力減小，而塔內(nèi)的風(fēng)速也會有所提高。同時，也會讓高位收水塔內(nèi)的進(jìn)風(fēng)內(nèi)容更均勻，讓冷卻塔內(nèi)的中心區(qū)域溫度和外圈溫度基本一致，在一定的程度上改善了冷卻塔的冷卻效率。

通過相同的塔總高度、相同填料、出口直徑、喉部直徑等等，高位收水塔和常規(guī)冷卻塔的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，高位收水冷卻塔的出水水溫比常規(guī)塔的低0.3～0.4℃。

上述為重慶萬州電廠的高位收水冷卻塔的情況介紹。

2 湖北某電廠采用高位收水塔后的效果及弊端

2．1 湖北某電廠采用高位收水塔后的效果

湖北某電廠冷卻塔經(jīng)優(yōu)化后確定冷卻面積為9000m2，采用常規(guī)塔時進(jìn)風(fēng)口高度10m，冷卻塔高度150m，填料高度1.25m，供水高度16m。采用高位收水冷卻塔時確定冷卻面積為9000m2，進(jìn)風(fēng)口高度12m，冷卻塔高度150m，填料高度1.25m，供水高度9m。采用高位收水冷卻塔除有萬州電廠所述的各項優(yōu)點外，經(jīng)計算，每臺循環(huán)水泵可節(jié)約7m的水泵楊程，每臺水泵可節(jié)電700kW，每機可節(jié)電1400kW，兩機可節(jié)電2800kW，全年共計節(jié)電1260萬度電。

2．2 湖北某電廠采用高位收水塔目前存在的問題

目前國內(nèi)高位塔收水裝置尚處于科研及試驗起步階段，還不具備自主供貨能力，需依賴國外供貨商整體提供包括高位收水裝置在內(nèi)的塔芯材料并提供整塔性能保證，加之目前僅比利時哈蒙公司獨家擁有高位收水技術(shù)，不具競爭性，價格、采購及供貨周期不易控制，還可能影響工程進(jìn)度。

綜合上述原因湖北某工程暫不推薦采用高位收水冷卻塔。