周軍

（江蘇華電儀征熱電有限公司，江蘇儀征211400）

高效節(jié)水瘦高型自然通風冷卻塔在燃機電廠中的應用

周軍

（江蘇華電儀征熱電有限公司，江蘇儀征211400）

針對燃機電廠占地面積小、總平布置難的特點，引入了高效節(jié)水瘦高型自然通風冷卻塔，該塔型具有占地面積小、運行效果好、維護工作量小、節(jié)水防凍等優(yōu)點，解決了燃機電廠總平難于靈活布置的問題，實施后取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，具有很大的推廣和應用價值。

高效節(jié)水；瘦高型；自然通風冷卻塔；燃機電廠；占地面積

0 引言

在國內(nèi)環(huán)保要求日益嚴格的背景下，以天然氣為燃料的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)作為一種清潔高效發(fā)電技術，在新建電廠中所占比例日益增大，成為今后火力發(fā)電的重要發(fā)展方向。由于燃機電廠占地面積規(guī)劃限制，對于冷端系統(tǒng)中占地面積最大的冷卻塔，能否合理配置顯得尤為重要。

1 自然通風冷卻塔選型配置

江蘇華電儀征熱電有限公司三套西門子E級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組于2012年12月建成投產(chǎn)，采用二次循環(huán)供水系統(tǒng)。對于3臺機組來說，可采用“一機一塔”、“三機二塔”或“三機一塔”配置，塔型則可采用常規(guī)型或瘦高型自然通風冷卻塔。具體到本工程，根據(jù)廠區(qū)總平面布置，如果采用“一機一塔”配置，場地大小無法滿足要求。采用“三機一塔”雖可大大減少占地，但該工程為熱電聯(lián)產(chǎn)工程，3臺機組共用1座冷卻塔，可靠性勢必有所降低，且也較難適應機組不同冷卻水量的組合工況。當采用“三機二塔”配置方案時，根據(jù)廠區(qū)總平面布置要求，冷卻塔零米直徑宜控制在70m左右，極限零米直徑80m左右。

常規(guī)型自然通風冷卻塔[1]塔高與零米直徑比值（高徑比）一般為1.2～1.4，塔高較低，零米直徑較大，占地面積大，是火電廠中最為常用的一種冷卻塔塔型。瘦高型自然通風冷卻塔高徑比一般在1.5以上，在保證冷卻效果的前提下，零米直徑相對較小，占地較少，塔身相對較高，其拔風冷卻能力較強[2]。

在保證設計工況相同冷卻效果的前提下，對常規(guī)型和瘦高型冷卻塔兩種塔型進行了優(yōu)化設計計算[3]，冷卻塔特征參數(shù)見表1。結(jié)果表明，當采用常規(guī)型自然通風冷卻塔時，淋水面積4250m2，設計零米直徑80m，塔高102.5m，兩塔中心距110m，零米間距30m＞4×Hi（進風口高度，7m）；當采用瘦高型自然通風冷卻塔時，淋水面積3108m2，設計零米直徑67m，塔高125m，兩塔中心距103m，零米間距35m＞0.5×D（零米直徑，67m）。兩種塔型在總平面布置上均滿足設計要求，但常規(guī)塔零米間距是按不小于4倍進風口高度設計的，已接近規(guī)范中要求的極限要求，由于間距比較小，冷卻塔進風條件會受到一些相互影響；瘦高塔零米直徑較小，冷卻塔之間的凈距已達到規(guī)范的基本要求，就不存在該問題，完全滿足要求。與常規(guī)塔相比，采用瘦高塔共節(jié)省占地約3000m2，相應減少了征地費用約60萬元。

表1 冷卻塔特征參數(shù)比較

2 冷卻塔技術特點比較

與國內(nèi)火電廠慣常采用的常規(guī)型冷卻塔不同，瘦高型冷卻塔結(jié)構(gòu)形式更加獨特，并對所配套塔芯材料進行個性化整體設計，借鑒使用國外專業(yè)公司的成熟產(chǎn)品，其中填料高度1.22m，填料片間距19mm，材質(zhì)為改性PVC，且填料為單片填料，具有散熱面積大，阻力小，風吹損失小，抗阻塞的特點；收水器高度145mm，其結(jié)構(gòu)形式為嵌套孔窩式立體三折向設計，其入風角度和出風角度均按照實際氣流方向而設計，保證了冷卻塔空氣流場的均勻性，有效回收氣流中的小水滴，節(jié)約水資源。以常規(guī)型冷卻塔作參照，瘦高型冷卻塔的具體運行特點總結(jié)如下：

（1）節(jié)水。常規(guī)型冷卻塔風吹損失率0.05%，而瘦高型冷卻塔由于采用了高效收水器，其風吹損失率可降低至0.001%。與常規(guī)型冷卻塔相比，高效節(jié)水瘦高型冷卻塔每年可節(jié)約用水量達10.2×104m3，節(jié)水效果顯著。

（2）節(jié)電。瘦高型冷卻塔的豎井水位較常規(guī)塔低，與等效常規(guī)塔的供水幾何揚程相比減小0.2m左右，每年節(jié)省循環(huán)水泵運行費用約9.5萬元。除夏季時瘦高塔出塔水溫與常規(guī)塔基本一致外，春秋季和冬季時瘦高塔出塔水溫均比常規(guī)塔低約0.5℃，相應凝汽器背壓低約0.13kPa，每年節(jié)約微增電費32萬元，有較好的節(jié)電效果。

（3）降噪。與常規(guī)型冷卻塔相比，瘦高型自然通風冷卻塔淋水填料高程和進風口高度均較低，淋水產(chǎn)生的噪聲相對較小，有利于噪聲治理及控制。

（4）防凍。與等效常規(guī)型冷卻塔相比，瘦高型冷卻塔的淋水面積減小約20%，在相同水量情況下，其淋水密度更高，有效解決了冬季低冷卻倍率運行時淋水密度小和配水不均勻所導致的結(jié)冰問題，滿足冷卻塔防凍要求。

（5）運行靈活。選用“三機二塔”配置，既節(jié)省占地面積，又使冷卻塔可以根據(jù)機組不同電熱負荷、不同季節(jié)氣象條件靈活調(diào)配運行方式，在實際運行中可以采用“三機二塔”、“三機一塔”或“一機一塔”等多種組合方式。

（6）維護工作量小。相比常規(guī)型冷卻塔所選用的S波、雙斜波等填料，瘦高型冷卻塔采用經(jīng)個性化整體設計的塔芯材料，整體質(zhì)量好，使用效率高，運行壽命延長一倍，大大減少了生產(chǎn)人員的日常維護和檢修工作量。

3 冷卻塔技術經(jīng)濟性比較

3.1 技術經(jīng)濟性比較方法

冷卻方案比較采用火力發(fā)電廠中常見的動態(tài)技經(jīng)比較法，即年費用最小法。年費用最小法的基本原理是將投資成本按規(guī)定的回收率分攤到每一年中，再加上每年的輔機耗電費用、微增出力補償電費、大修費用等，即為年費用，其值最小時，說明此方案經(jīng)濟性最好。

（1）年費用NF

式中NF—年費用值；

P—總投資現(xiàn)值；

AFCR—年固定分攤率；

μa—年運行費。

（2）年固定分攤率AFCR

式中CR—資金回收系數(shù)；

MR—大修費率，取2.5%。

（3）資金回收系數(shù)CR

式中i—投資回收率，取10%；

n—工程經(jīng)濟年限，取20a。

3.2 冷卻塔主要工程量及造價統(tǒng)計

表2 冷卻塔造價統(tǒng)計表

由表2可知，常規(guī)塔一般采用國產(chǎn)塔芯材料，價格較低，而瘦高塔采用國外進口的專用塔芯材料，其價格要比常規(guī)塔高得多。但由于瘦高塔占地面積較少，所以與之相關的基建和降噪費用均低于常規(guī)塔。綜合比較，瘦高塔比常規(guī)塔造價要低一些。

3.3 冷卻塔運行費用計算

根據(jù)機組冷端初步優(yōu)化設計報告中推薦的冷端配置方案，通過對常規(guī)塔和瘦高塔進行相關熱力計算，可求解凝汽器真空偏離設計值導致的聯(lián)合循環(huán)機組微增出力變化，最后得出引起的補償電費。其中，電價按發(fā)電成本價0.54元/kWh，機組年利用小時數(shù)按5500h計。常規(guī)塔和瘦高塔所對應的年微增出力補償電費見表3?？梢钥闯?，在保證夏季設計循環(huán)水溫和凝汽器真空一致的前提下，春秋和冬季的循環(huán)水溫存在差異，會產(chǎn)生不同的微增出力補償電費。與常規(guī)塔相比，瘦高塔的年微增出力補償電費要低32萬元。

3.4 冷卻塔年費用比較

表3 冷卻塔年微增出力補償電費對比

填料是冷卻塔塔芯材料的核心部件，所占費用比例最大，約50%左右，在長期使用中需要大面積更換。因此，在對冷卻塔進行技術經(jīng)濟性比較時，還需考慮填料的更換周期和費用折算問題。

常規(guī)型冷卻塔采用國產(chǎn)填料，瘦高型冷卻塔采用國外生產(chǎn)的專用填料。國產(chǎn)填料使用回收料、填充料較多，普遍存在價低質(zhì)次問題，一般在5～8a陸續(xù)更換。瘦高塔使用的專用填料質(zhì)量較好，一般保證壽命15a。表4分析比較時，在工程經(jīng)濟年限20a內(nèi)，國產(chǎn)填料更換按第8年和第16年計，專用填料按第15年計。

由以上各表可以看出，采用瘦高型冷卻塔方案年費用更低，比常規(guī)型冷卻塔方案每年節(jié)省費用約75萬元，按國產(chǎn)填料、專用填料每次更換費用分別為210萬元、465萬元計，兩者相差255萬元，3年多即可完全彌補更換填料的差值，具有良好的經(jīng)濟效益。

通過上述比較分析可知，與常規(guī)型冷卻塔相比，高效節(jié)水瘦高型冷卻塔占地面積小，布置、運行方式靈活，技術經(jīng)濟性更好，在規(guī)劃面積有限的燃機電廠中具有較大應用優(yōu)勢。因此，本工程優(yōu)選高效節(jié)水瘦高型自然通風冷卻塔作為“三機二塔”配置方案中的冷卻設備。

表4 常規(guī)塔和瘦高塔的技術經(jīng)濟性比較萬元

4 瘦高型冷卻塔運行數(shù)據(jù)分析

該工程建成投產(chǎn)后，瘦高型冷卻塔在實際運行中取得了良好的運行效果和經(jīng)濟效益。表5所示為2座瘦高型冷卻塔的熱力性能試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)《工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程》[4]，采用冷卻水溫對比法來評價冷卻性能，即

式中η—冷卻能力，%；

Δtt—實測冷卻水溫差，℃；

Δtd—計算冷卻水溫差，℃；

t1——實測進塔水溫，℃；

t2——實測出塔水溫，℃；

t2d——計算出塔水溫，℃。

測試規(guī)程規(guī)定，當η＞95%時，冷卻能力達到設計值；當η＞105%時，冷卻能力超過設計值；而當η＜95%時，則認為冷卻塔的冷卻能力未達到設計值，應該分析原因并進行檢修維護。

由表5可以看出，在所有試驗工況下，#1和#2瘦高型冷卻塔的冷卻能力均達到設計要求，甚至超出設計值，充分表明該型冷卻塔性能優(yōu)秀，運行狀態(tài)良好。

表5 瘦高型冷卻塔性能試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

高效節(jié)水瘦高型自然通風冷卻塔在保證冷卻塔熱力性能和換熱要求的基礎上，具備占地面積小、節(jié)約投資的優(yōu)點，該技術尤其在占地面積較小的燃機電廠具有明顯的應用優(yōu)勢。該塔投運以來運行穩(wěn)定，冷卻水溫滿足設計要求，取得了較好的運行效果，具有較高的實際應用和經(jīng)濟價值，相關成果和經(jīng)驗也可為占地面積有限的燃煤電廠提供借鑒和參考。

[1] 趙振國.冷卻塔[M].北京：中國水利水電出版社，1997．

[2] 李岳劍，趙鵬.某大型火力發(fā)電廠冷卻塔選型分析[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2010，23(2)：31-32．

[3] 西北電力設計院.電力工程水務設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005．

[4] DL/T 1027-2006.工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程[S]．

修回日期：2016-10-12

Application of Slim Type Natural Draft Wet Cooling Tower in Gas-steam Combined Cycle Power Plant

ZHOU Jun
（Jiangsu Huadian Yizheng Thermal Power Generation Co.，Ltd，Yizheng 211400，China）

In terms of less occupied area and difficult plane layout, a high efficiency and water-saving slim type cooling tower is introduced to the gas-steam combined cycle power plant. This tower type has advantage of less occupied area, good operation effect, less maintenance work, water saving and antifreezing, so it solves layout problem of combined cycle power plants. The slim type tower utilization obtains good social benefits and economic benefits, and has great popularizing value and application prospect.

high efficiency and water-saving; slim type；natural draft cooling tower；gas-steam combined cycle power plant；occupied area

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.007

TK264.1

B

2095-3429（2016）06-0025-04

周軍（1970-），男，高級工程師，從事電力生產(chǎn)管理工作。

2016-08-25