发电厂常规冷却塔与瘦高塔技术经济比较

吴迷芳 赵 苏

1.中国电建集团华中电力设计研究院有限公司 河南 郑州 450007;2.黄河水利委员会水文局 河南 郑州 450004

0 引言

河南某2×660MW发电厂为异地扩建超超临界燃煤机组,循环水系统采用带逆流式自然通风冷却塔的二次循环扩大单元制供水系统,每台机组配置一座冷却塔。初步设计方案,按照年费用最低优化出:每台机组配置一座9000m2的常规型自然通风冷却塔,凝汽器面积为40000m2,夏季出塔水温32.5℃,背压为9.88kPa,年均出塔水温22.23℃,背压5.23 kPa。在上述配置条件下,冷却塔的全年平均出水温度对应的机组背压高于汽轮机额定背压,所以初设审查后,结合确定的凝汽器面积,对冷端系统重新进行优化配置。为了进一步选择更适合该电厂的冷却塔配置方案,对常规塔和瘦高塔进行了较为详细的技术经济比较。选择合理的塔型对整个电厂的节能减排也起到了非常重要的作用。

1 冷却塔简介

目前世界上拥有成熟的冷却塔技术的公司有比利时哈蒙（HAMON）公司、德国的GEA公司、美国的SPX公司。目前我国电厂自然通风冷却塔普遍采用哈蒙公司的技术,即本文中提到的常规塔。瘦高塔是SPX公司研发的瘦高型自然通风冷却塔,目前在国外应用广泛,国内应用较少,但是随着技术的发展,瘦高塔在国内的应用也越来越广泛,已经投运的较大型电厂有张家港华兴电厂2×395 MW燃机电厂使用的2600m2瘦高塔、华能济宁电厂2×350 MW电厂采用4267 m2瘦高塔、大唐河北马头2×300 MW供热工程的4381m2等。

2 项目背景

2.1 汽轮机主要技术规范和性能

2.1.1 汽轮机为660 MW超超临界、一次中间再热、四缸、四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机,参数为27.0 MPa.a/600℃/620℃。

汽轮机主要参数

凝汽量（t/h）:

THA工况 1103.4t/h

TMCR工况 1165.2t/h

TRL工况1189.5t/h

VWO工况 1213.6t/h

2.1.2 凝汽器为双背压、双壳体、对分单流程、表面式

冷却水管材质TP317L

冷却水管外径 ф25

管子壁厚 0.7mm

2.2 主要气象条件

2.2.1 多年逐月气象统计值

根据多年连续观测资料,统计的逐月平均气象条件见表2.2.1。

表2.2.1 多年逐月平均气象资料

2.2.2 P=10%湿球温度

该地区最近连续五年（2007～2011年）夏季6、7、8三个月的日平均湿球温度的统计计算,得出P=10%湿球温度为:26.6℃。

本次设计气温和相对湿度采用数据:气温29.9℃,相对湿度为77%,气压996.4 hPa,风速为2.5m/s。

3 常规塔选型

哈蒙技术自1985年引进以来,经过不断的消化和改进,目前国内冷却塔的选型和结构计算有成熟的软件,本文在既定的设计条件下:凝汽器面积40000m2,冷却塔平均出水温度为20℃,汽轮机额定背压4.9kpa,淋水填料采用冷效高、质量轻PVC塑料填料（S波）,使用我院自主研发的优化软件《火力发电厂供水系统优化2.0》,优化计算出的常规塔面积为10000m2,塔高160m,填料1.0m,塔顶半径37.357m,进风口高度10.8m,喉部半径33.378m,底部零米半径60.258m。

4 瘦高塔选型

采用与常规塔相同的输入条件,SPX公司配合优化计算出了瘦高塔的设计方案,优化计算出的瘦高塔面积为8196m2,塔高165m,填料1.53m,塔顶半径34.44m,进风口高度7.778m,喉部半径30.685m,底部零米半径57.95m。

瘦高塔采用的是SPX公司的专利填料,片间距19mm,散热面积大,阻力较小,抗阻塞。除水器采用TU12C型,经美国权威CTI协会实测,飘滴损失可低于国家标准0.05%。

5 常规塔与瘦高塔方案比较

因为缺少瘦高塔的填料性能参数,目前无法对采用瘦高塔的整个供水系统进行冷端优化,本文只是在相同或者是相似的冷却效果条件下,对瘦高塔和常规塔进行一个技术经济比较。所以,本报告对瘦高塔8196m2和常规塔10000m2的方案（冷却塔平均出水温度为20℃）进行了技术经济比较。

5.1 方案比较

表5-1 冷却塔参数比较表

5.2 固定投资比较

表5-2 冷却塔配置方案的固定投资比较（单位:万元）

5.3 运行费用比较

表5-3 冷却塔配置方案的运行费用比较（单位:万元）

5.4 年总费用比较

表5-4 冷却塔配置方案的年总费用比较（单位:万元）

5.5 常规塔与瘦高塔比较结论

从上面的比较可以看出:

1）自然塔占地面积大,初期投资高,风吹损失水量较大,循环水泵运行费用较高,填料使用年限较小。

2）瘦高塔占地面积小,初期投资低,风吹损失水量较小,循环水泵运行费用较低,填料使用年限较长。

综上,瘦高塔固定费用和年运行费用都较低,占地面积小,故瘦高塔较优。

6 现状

综上所述,在相同的冷却效果的条件下,瘦高塔8196m2较常规塔10000m2固定投资、年运行费用都较低,此外,瘦高塔淋水密度较大,在防冻效果上优于常规塔,所以,该660MW燃煤电厂采用了瘦高塔方案,目前,该项目已投运,迎风度夏时,冷却塔出塔水温和汽轮机排气压力都低于优于省内同类型机组。

7 后续与展望

常规塔和瘦高塔都是成熟的冷却技术,在国内外的大小机组中都有应用,都可以满足本工程的冷却要求。瘦高塔在国内外已有成熟的运行经验和很好的业绩,河南省内,已有两个2×660 MW电厂和一个燃机电厂（2×450MW）采用了瘦高塔方案,目前已投运,运行效果良好,受到业主及同行的一致好评。

8 河南省内瘦高塔运行实例

8.1 实例一:豫南某燃煤电厂2×660MW

该电厂为2X660 MW机组,循环水量64606m3/h,年平均出塔水温不高于20℃,原设计为10000m2的常规冷却塔,由于占地原因修改为8196m2瘦高型冷却塔。运行后效果良好,后期业主在进风口处增加了部分降噪装置,冷却塔还能达到100%的冷却效果。

8.2 实例二:豫南某燃机电厂（2×450 MW）

2016年周口燃气电厂（2X450 MW）,循环水量27062m3/h,年平均出塔水温不高于20℃,常规塔面积4500 m2,后优化为3249m2瘦高塔。2017年投入运行,运行后效果良好。

8.3 实例三:豫中某燃煤电厂2×660MW

2017年大唐巩义电厂（2X660 MW）,循环水量63465m3/h,年平均出塔水温不高于20℃,采用为8050m2瘦高塔。2019年投入运行,运行后效果良好。