電廠高位收水機械通風冷卻塔選型技術

謝麗霖 中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司

1 項目概況

本項目2×600MW 級燃氣-蒸汽聯合循環發電機組的主、輔機用水采用循環冷卻供水方式，冷卻設備采用機械通風冷卻塔和水-水熱交換器。考慮到發電機組穩定運行需要具備一定的循環冷卻水，為此2×600MW 級燃氣循環發電機組總循環冷卻水量設計為93336m3/h。

2 設計方案比選

2.1 選型方案比選

2.1.1 常規單面進風機械通風冷卻塔（方案一）

結合廠區用地情況，本工程將相鄰兩列冷卻塔采用“背靠背”布置方式，進風方式由雙面進風轉變為單面進風。其工藝原理主要是凝汽器出來的熱水通過循環水回水管送入塔內，自上而下分別經配水區、填料區和雨區，與逆向流動的空氣進行換熱后冷卻，下落至下部冷卻塔集水池，完成冷卻水的收集過程，其內部結構如圖1 所示。

圖1 單塔內部結構圖

在配備機械通風冷卻塔的循環水系統中，系統運行的主要能耗來源于循環水泵和風機配套電機的運行電耗。考慮到本方案是集水池地下布置，因此循環水泵和進水前池需地下布置、循環水泵房為半地下布置。此外，循環水泵將冷卻水送入配水系統中，其水泵揚程較高，運行電耗較大；加上冷卻塔下部為集水池，循環水回水管需布置在冷卻塔四周，但由于回水管較長，沿程損失較大，從而增加了循環水泵揚程。為了彌補單面進風模式下冷卻塔進風面積的減小，保證單面進風模式下冷卻塔的冷卻效果，本方案還需提升進風口的高度，以此增大單面進風面積，使整個冷卻塔的高度有所提升，配水管高度的提升也增加了循環水泵揚程及運行電耗。因此通過合理設計和優化配置，機力塔采用單面進風背靠背布置是可以實現雙面進風布置同等冷卻效果的。

2.1.2 單面進風高位收水機械通風冷卻塔（方案二）

高位收水機力塔技術是在方案一的結構基礎上，于填料下方布置收水裝置，同時取消塔底的集水池。收水裝置包括收水斜板、收水槽和配套支架，固定于填料層的懸吊梁上。該方案技術工藝原理是凝汽器出來的熱水通過循環水回水管送入塔內，自上而下分別經配水區、填料區和小雨區，與逆向流動的空氣進行換熱冷卻后，下落至收水斜板表面，進而流進收水槽內，收水槽將冷卻水匯集至兩塔中間的集水槽內，完成冷卻水的高位收集過程。集水槽與收水槽呈垂直布置，收水槽下沿標高高于集水槽上沿標高。

本方案布置方式同方案一，集水槽布置在兩塔之間，相鄰兩列冷卻塔共用同一集水槽，不影響塔內空氣流動和換熱過程，可減少冷卻塔土建工程量，并保證冷卻塔內部有效換熱面積，保障冷卻效果。

考慮到廠界美觀和社會效益，故本次廠界不設置隔聲屏障。為滿足廠界噪聲達標，還需在此基礎上進行噪音治理模擬研究，并對南側靠東面4 個冷卻塔和北側靠東面2 個冷卻塔設置進風口消音器，結合冷卻塔實際情況，本次推薦選用風阻較小的陣列式消音器，在減少進風阻力的同時，降低了噪音治理費用。而高位收水冷卻塔取消了大雨區，進風消音器可布置在塔內（見圖2），在減少了占地面積的同時有利于廠區美觀。

圖2 進風口消音裝置塔內布置示意

通過對冷卻塔設置進風消音器進行噪音處理，冷卻塔附近的噪音可以降至65 dB（A）以下，其他冷卻塔附近的噪音水平基本控制在70 ～75dB（A）之間，經過噪音治理，廠內噪音水平較低。

2.2 技術比較

2.2.1 工藝設計比較

上述兩個方案從其冷卻塔塔型的工藝設計進行分析對比，兩個方案年平均干球溫度θ為22.4℃，濕球溫度τ為20.06℃，大氣壓力P 為101.20kPa，兩個方案單臺冷卻水量q為5850m3/h，水溫降為6.9℃，性能保證工況下的出塔水溫為31℃，年平均氣象條件下的出塔水溫為26℃，風機直徑為10.4m，配用電機功率250kW，冷卻塔塔型參數見表1 所示。通過對兩個方案的工藝進行分析，其技術原理、降溫效果、設備配置、整體尺寸總體相近。

2.2.2 技術性能比較

根據上述兩個方案的工藝特點，對其技術性能進行分析比較，具體見表2 所示。從表2 兩個方案技術性能對比分析得知，方案二單面進風高位收水機力塔節電效果顯著，運行能耗低，能有效改善冷卻塔區域的噪音環境，有利于循環水泵的安全運行；同時增進了廠區美觀，減少漂滴對廠區的影響，從技術性能角度出發，比方案一更優。

表2 技術性能比較

2.3 經濟比較

兩個方案具體的經濟指標見表3 所示。根據表3計算，雖然初投資方案二比方案一高806 萬元，但方案二節電顯著，年運行費用比方案一少316 萬元，而初投資增加費用不到3a 即可收回。由此可見，方案二的年費用值比方案一低193.49萬元，說明其壽命期內經濟效益更佳。

表3 經濟性能比較

3 結語

在保證相同冷卻效果的前提下，通過對某電廠高位收水機械通風冷卻塔選型設計方案進行比選，從兩種方案的設計工藝、技術性能以及經濟性能進行分析，方案二單面進風高位收水機械通風冷卻塔不管是從占地面積、廠區布置、技術性能或是年運行費用等都低于方案一常規單面進風機械通風冷卻塔，為此，本文推薦某電廠使用高位收水機械通風冷卻塔。