發電廠常規冷卻塔與瘦高塔技術經濟比較

吳迷芳 趙 蘇

1.中國電建集團華中電力設計研究院有限公司 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發電廠為異地擴建超超臨界燃煤機組,循環水系統采用帶逆流式自然通風冷卻塔的二次循環擴大單元制供水系統,每臺機組配置一座冷卻塔。初步設計方案,按照年費用最低優化出:每臺機組配置一座9000m2的常規型自然通風冷卻塔,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的機組背壓高于汽輪機額定背壓,所以初設審查后,結合確定的凝汽器面積,對冷端系統重新進行優化配置。為了進一步選擇更適合該電廠的冷卻塔配置方案,對常規塔和瘦高塔進行了較為詳細的技術經濟比較。選擇合理的塔型對整個電廠的節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冷卻塔普遍采用哈蒙公司的技術,即本文中提到的常規塔。瘦高塔是SPX公司研發的瘦高型自然通風冷卻塔,目前在國外應用廣泛,國內應用較少,但是隨著技術的發展,瘦高塔在國內的應用也越來越廣泛,已經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 汽輪機主要技術規范和性能

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,參數為27.0 MPa.a/600℃/620℃。

汽輪機主要參數

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 多年逐月氣象統計值

根據多年連續觀測資料,統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

該地區最近連續五年（2007～2011年）夏季6、7、8三個月的日平均濕球溫度的統計計算,得出P=10%濕球溫度為:26.6℃。

本次設計氣溫和相對濕度采用數據:氣溫29.9℃,相對濕度為77%,氣壓996.4 hPa,風速為2.5m/s。

3 常規塔選型

哈蒙技術自1985年引進以來,經過不斷的消化和改進,目前國內冷卻塔的選型和結構計算有成熟的軟件,本文在既定的設計條件下: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、質量輕PVC塑料填料（S波）,使用我院自主研發的優化軟件《火力發電廠供水系統優化2.0》,優化計算出的常規塔面積為10000m2,塔高160m,填料1.0m,塔頂半徑37.357m,進風口高度10.8m,喉部半徑33.378m,底部零米半徑60.258m。

4 瘦高塔選型

采用與常規塔相同的輸入條件,SPX公司配合優化計算出了瘦高塔的設計方案,優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,經美國權威CTI協會實測,飄滴損失可低于國家標準0.05%。

5 常規塔與瘦高塔方案比較

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

5.1 方案比較

表5-1 冷卻塔參數比較表

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 常規塔與瘦高塔比較結論

從上面的比較可以看出:

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

2）瘦高塔占地面積小,初期投資低,風吹損失水量較小,循環水泵運行費用較低,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。

6 現狀

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

7 后續與展望

常規塔和瘦高塔都是成熟的冷卻技術,在國內外的大小機組中都有應用,都可以滿足本工程的冷卻要求。瘦高塔在國內外已有成熟的運行經驗和很好的業績,河南省內,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,受到業主及同行的一致好評。

8 河南省內瘦高塔運行實例

8.1 實例一:豫南某燃煤電廠2×660MW

該電廠為2X660 MW機組,循環水量64606m3/h,年平均出塔水溫不高于20℃,原設計為10000m2的常規冷卻塔,由于占地原因修改為8196m2瘦高型冷卻塔。運行后效果良好,后期業主在進風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）,循環水量27062m3/h,年平均出塔水溫不高于20℃,常規塔面積4500 m2,后優化為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。