H电厂自然通风排烟海水冷却塔选型分析

张新江 唐元明 范双双 胡金伟 刘东旭

摘 要：H电厂所在区域为地中海伊斯肯德伦湾海龟保护区，为实现节能环保目的，同时对当地海洋环境进行保护。本文首先对循环水系统冷端进行优化计算，确定了冷却塔出水温度值及对应汽轮机组TRL工况的背压值。进而对冷却塔的参数和结构进行初步分析，同时得到冷却塔的初步选型，并根据上述优化计算的结果，对冷却塔的选型进行了论证。最后通过ANSYS有限元法对冷却塔的稳定性进行模拟计算，以此达到冷却塔安全稳定的要求。计算结果不仅对当地环境实现保护目的，而且为此类冷却塔的设计提供一定的理论指导。

关键词：自然通风排烟循环水系统海水冷却塔冷端优化有限元法

中图分类号：TK-9

Type Selection Analysis of Seawater Cooling Tower with Natural Ventilation and Smoke Exhaust in H Power Plant

ZHANG Xinjiang 1 TANG Yuanming 1 FAN Shuangshuang 2 HU Jinwei3 LIU Dongxu 2

（1. EMBA Power Generation Co.， Ltd.， Istanbul， 34330Turkey;

2. Harbin Wohua Intelligent Power Generation Equipment Co.， Ltd.， Harbin Heilongjiang Province， 150001 China;

3. East China Electric Power Design Institute Co.， Ltd of China Power Engineering Consulting Group， Shanghai， 200063 China）

Abstract： H power plant is located in the sea turtle conservation area of Iskenderun Bay in the Mediterranean Sea. It is designed to achieve the purpose of energy saving and environmental protection while protecting the local marine environment. In this paper， the cold end of the circulating water system is optimized and the outlet temperature of the cooling tower and the corresponding back pressure of the turbine unit under TRL condition are determined. Then the parameters and structure of the cooling tower are preliminarily analyzed， and the preliminary type selection of the cooling tower is obtained. According to the results of the above optimization calculation， the type selection of the cooling tower is demonstrated. Finally， the stability of the cooling tower is simulated by ANSYS finite element method， so as to meet the requirements of safety and stability of the cooling tower. The calculation results not only achieve the purpose of protecting the local environment， but also provide some theoretical guidance for the design of this kind of cooling tower.

Key Words： Natural ventilation and smoke exhaust; Circulating water system; Seawater cooling tower; Optimization of cold-end system; Finite element method

目前，改建或新建的冷却塔排烟技术已经普遍流行起来，国内从2005年开始，陆续兴建了大量的烟塔合一项目[1]。烟塔合一技术取排水量小，具有排水温升低、污染物排放源强优化和烟气抬升等优势[2-3]。计算流体力学方法对有效地模拟出电厂烟气排放中一些污染物的形态[4]。同时，结合试验验证方法，证明了高宽比大塔型的冷却塔的优势很大，最主要的是对周围环境的影响较小[5]。侧风与自然通风冷却塔相互影响，不同自然通风冷却方式的侧风效应及其作用机理，对冷却塔构架也有不同的作用[6]。对于冷却塔的稳定性计算方面，可以进行局部的实验研究，然后选取有效的参数进而对冷却塔的稳定性进行探讨[7，8]。不同的冷却塔的计算公式并不相同，通过对不同计算公式进行评价可以得出，其中对结果产生较大影响的主要参数有热量系数、热平衡误差、空气密度等[9-10]。

H电厂处于海龟保护区，在水环境方面，本工程采用二次循环后，取排水量大幅减小，排水温度降低，冷却塔排水除鹽分较原水略高外，无新增其他污染因子，对海域环境生态影响有明显改善。采用烟塔合一的循环水冷却方式，通过冷端优化计算，初步确定冷却塔的面积，详细分析了冷却塔的选型，对冷却塔的稳定性也进行计算，计算结果为今后该类装置的设计选型提供参考。

1 循环水系统冷端优化计算

1.1 循环水系统概述

按照常规设计准则，每台660MW机组配置1座自然通风排烟海水冷却塔，2台循环水泵，循环水供水和排水管各1条。

1.2循环水系统冷端优化计算结果分析

按照上述设计输入，并根据上海电气集团股份有限公司提供的凝汽器微增功率曲线，其相关计算结果见表1。

表1 冷端优化计算结果

根据上述计算结果，考虑到二次循环660MW机组凝汽器面积选用的通用性及机组运行的经济性，本工程拟选用排名加权平均背压最低的方案。即循环水系统按TMCR工况计算，凝汽器总冷却面积32000m2、夏季循环水冷却倍率57倍（对应系统循环水量19.15m3/s）。

1.3 循环水系统冷端优化计算确定汽轮机机组设计背压值

上述优化结果：在夏季冷却倍率为57倍的条件下，逐月平均气象条件冷却塔的年平均出塔水温约21.94℃，对应汽轮机机组TMCR工况设计背压约5.45kPa。（由于冷却塔逐月出塔水温均在15℃以上，因此不需考虑冬季“无效低温”因素）。

1.4 循环水系统夏季TRL校核工况计算

按照现有优化计算结果，对2008—2012年共5年夏季（6、7、8月）10%气象条件（湿球温度25.9℃、干球温度30.3℃，相对湿度71%，平均气压998.8hPa），汽轮机组TRL工况，循环水系统流量19.15m3/s进行校核計算，冷却塔出水温度为30.82℃，对应汽轮机组TRL工况的背压值为8.62kPa。

2常规自然通风排烟冷却塔选型

2.1 冷却塔初步选型

常规自然通风冷却塔的循环水供水高程如图1所示。根据冷端优化计算结果，本工程采用常规自然通风冷却塔拟采用瘦高型9000m2双曲线逆流式自然通风排烟海水冷却塔方案，冷却塔主要尺寸见表2所示。

2.2 冷却塔结构分析

采用冷却塔计算专用程序+大型通用有限元ANSYS同时进行对比分析的方法对淋水面积9000m2的排烟冷却塔结构分析。由于三维问题的复杂性较强，可以对三维冷却塔问题进行简化，冷却塔具有轴对称结构，即可简化成简单的二维问题。有限元整体模型见图2。

冷却塔稳定计算除了按照规范规定的稳定分析方法进行分析外，本文同时利用ANSYS软件进行基于经典力学理论的有限元屈曲稳定分析，计算的荷载为自重、风荷载和内吸力，屈曲荷载组合参考德国VGB规范取为 （G+W）。根据有限元计算结果，第一阶屈曲荷载系数为12.742，远大于设计风压，证明该冷却塔具有良好的稳定性，第一阶屈曲模态具体见图3。

3结语

本工程采用二次循环方案，取排水量均大幅减小，排水温度降低，对海域环境及海域生态影响较小。同时，通过冷端优化计划后，采用烟塔合一技术，同时通过有限元法进行稳定性计算，不仅有效保证了凝汽器背压，而且保证了选型的安全性和稳定性。

参考文献

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