燃机电站冷却塔选型分析

李金海

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

燃机电站冷却塔选型分析

李金海

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

对于燃机电站,冷却方式多采用带冷却塔的二次循环供水系统。而对于冷却塔的型式,多采用自然通风冷却塔或机械通风冷却塔。本文将针对某燃机电站的特点,从运行方式、检修条件、运行费用、土建费用及与周边和燃机厂区环境的协调性等多方面对自然通风冷却塔和机械通风冷却塔进行对比分析,提出经济合理的冷却塔方案。

燃机电站 冷却塔 二次循环

目前我国投运及在建的燃机电站冷却系统多采用二次循环冷却，而二次循环冷却系统的冷却构筑物多采用双曲线型自然通风冷却塔(以下简称自然塔)或机械通风冷却塔。两种型式的冷却塔技术均成熟可靠，并有一套完整的优化设计方法。自然通风冷却塔塔高度较高，占地较大，初期投资较高，运行费用较省，在厂区场地没有限制或对高度没有要求的情况下，燃机电站一般选用自然通风冷却塔作为冷却设施。但实际工程中，燃机电站多设置在城市中或城郊，用地受到限制。由于机械通风冷却塔(以下简称机力塔)初投资低，占地面积小，高度较低，在城市中或城郊多采用机械通风冷却塔作为冷却设施。

本文将对南方某燃机电站为例，对燃机电站得冷却塔型式进行对比分析，选择经济合理的冷却塔。

1 燃机电站基本情况

本燃机电站为9E级燃机，采用“一拖一”方案。根据水源条件，采用江水二次循环供水系统。由于为扩建厂址，厂区用地较紧张，根据总平面布置，冷却塔布置在厂区的西南较。

根据总平面布置，冷却塔设置在在厂区的西南角，由于为扩建厂址，厂区用地较紧张。

夏季频率10%的气象条件为:干球温度32．2℃，相对湿度72%，大气压力995hPa，湿球温度26．9℃。

2 冷却塔方案

根据燃机电站的气象条件，冷却设施采用机械通风冷却塔和自然通风冷却塔均是可行。

下面将对上述两种冷却设施的配置方案分别说明:

2.1 方案一

每台机组配置3格逆流式机械通风冷却塔，2台机组共配置6格，分2排布置。

机力通风冷却塔主要参数如下:

单塔冷却水量:4700m3/h

单格塔平面尺寸:18．6m×18．6m

淋水密度:13．58m3/(m2·h)

进风口高度:4．3m

塔总高(风筒顶处):17m

风机直径:9754mm

设计风量:295．33×104m3/h

电机功率: 200kW

夏季P=10%气象条件出水温度≤32℃

机力通风冷却塔为现浇钢筋混凝土框架结构及混凝土外维护结构的混合结构。冷却塔的主要受力的框架梁、柱、顶板、外围护结构等均为钢筋混凝土结构，通风筒、导流装置等采用玻璃钢结构。机力通风冷却塔下部设有现浇钢筋混凝土集水池，深约2．5m。

2.2 方案二

根据本工程厂区布置，无法布置下两座自然通风冷却塔，故本设计方案中两台机组设置1座冷却面积为4250m2自然通风冷却塔，冷却塔布置在厂区西南角。

淋水面积: 4250m2

塔顶标高: 105m

进风口标高: 7．20m

喉部标高: 78．75m

喉部直径: 46．720m

出口直径: 49．549m

配水管中心标高:10．35m

填料顶标高: 9．2m

填料高度: 1．0m竖井水位标高: 约11．8m(二泵运行水位)集水池直径: 82．00m

夏季P=10%气象条件出水温度≤31．96℃

3 两种方案技术性比较

3.1 自然塔和机力塔布置的可行性和运行的安全性

本工程采用自然通风冷却塔或机械通风冷却塔方案，在总平面布置上都是可行的。

表1 单位：万元

自然通风冷却塔初期投资较高、施工工期长、占地较多，平时运行中维护工作量小，冷却效果稳定，适用于冷却水量较大，冷却水温降不小于5℃， 冷却水温与空气湿球温度差大于3℃的情况。

采用自然通风冷却塔，2套机组配置1座自然通风冷却塔，目前这种冷却塔配置方案国内应用较少，大部分为南方较小容量机组，如江西贵溪电厂2×125MW机组，再大容量的电厂如国电青山电厂(2×300MW)机组，其配置一座9000m2逆流式自然通风冷却塔，已投入运行。国外火电厂采用两机一塔的也不多，如德国Gersteinwerk电厂(2×400MW)、Lingen电厂(2×400MW)等。

机械通风冷却塔初期投资小、地基处理简单，建设工期短、布置紧凑、占地较少，可以使冷却后水温较低，冷却后水温与空气湿球温度的差可以达到3～5℃， 冷却效果稳定，适宜在空气湿度大、温度高、要求冷却后水温比较低的情况下采用。但机械通风冷却塔需要风机设备及经常运行中的电耗，较之自然通风冷却塔增加了检修维护工作量及运行费。

本工程位于开发区内，西距风景名胜区约3km，采用自然通风冷却塔，塔高105m，与周围的自然环境也不协调，燃机厂区建构筑物较少，一般高度较低，采用高度大的自然通风冷却塔也与厂区内其他建构筑物不协调。而机械通风冷却塔，总高度不超过20m，其易与厂区周边环境及燃机厂区环境协调一致。

3.2 占地

根据厂区总平面布置，自然通风冷却塔塔区占地面积约为9538m2；机械通风冷却塔塔区占地面积约为8389m2。机械通风冷却塔占地面积约少1149m2。

自然通风冷却塔检修主要包括:塔筒壳体内、外混凝土维修；塔筒壳体内壁防水涂料重新涂刷；塔内淋水装置支柱表面混凝土维修；淋水填料、除水器、溅水喷头更换；冷却塔人字柱、底部水池、冷却塔配水槽的混凝土维修等。

自然通风冷却塔的维修工作一般在夏季进行，根据冷却塔塔筒及维修面积的大小，一般需要1～2个月才能完成维修工作。冷却塔内的淋水填料、溅水喷头需要定期维护，淋水填料、溅水喷头5～10年需要更换。冷却塔上述各项大修都需要停运冷却塔。如两机一塔，则冷却塔大修，需要停运2台机组，且时间长达1～2个月甚至更长，其影响电厂的经济效益。

机械通风冷却塔检修主要包括:风机、减速器等机电设备的维护，淋水填料、除水器、喷溅装置的更换等。由于采用多格机械通风冷却塔，在对冷却塔检修时可对其进行隔离检修，而不影响其他机械通风冷却塔的运行。机械通风冷却塔的检修工作量相对较小，工期短则可在气温不太高的春、秋季，在某格停运期间进行或配合主机大修时进行检修。

3.3 噪声

一般大型自然通风冷却塔运行时产生的噪声级均在70～80dB(A)左右，声源主要来自下落水冲击、自然风，属宽频带噪声，低、高频的噪声级都较高，且全天稳定。机力通风冷却塔运行时所产生的噪声较自然塔大，声源主要来自机械产生的噪声和落水噪声，由于其声源特点不同，机力塔产生的噪声属于低频噪声，音频500Hz以下的噪声级在80～90dB(A)左右，由于声音传播过程中低频衰减慢，所以传播距离远。

根据《工业企业厂界噪声标准》，电厂厂界的环境噪声应小于Ⅲ类标准昼间65dB(A)、夜间55dB(A)的要求。各方案噪声影响如下:

自然塔方案冷却塔的北侧和东侧都是电厂生产建构筑物，无民用和生活用房，没有环境影响。根据测算，冷却塔及主厂房燃机噪声对西侧和南侧两个方向的厂界噪声影响较大，正常情况下，围墙外约35m处可达到日间65dB(A)的要求，围墙外约120m处方可达到夜间55dB(A)的要求。自然塔方案在冷却塔区域的北侧和南侧围墙处设置隔声屏障，来满足环保要求。

机力塔方案冷却塔的北侧和东侧都是电厂生产建构筑物，无民用和生活用房，没有环境影响。冷却塔及主厂房燃机噪声对西侧和南侧两个方向的厂界噪声影响更大，正常情况下，围墙外约90m处才能达到日间65dB(A)的要求，围墙外约180m处方可达到夜间55dB(A)的要求。针对不同噪声类型采用不同的降噪措施。

对于机力塔由于风机振动引起的振动噪声，机力塔采用混凝土框架的同时，外围护结构采用钢筋混凝土结构。

对于风机电机噪声，加装电机隔声罩。

对于淋水噪声，在机力塔西侧和南侧围墙处设置隔声屏障。

对于风机噪声，采用低噪声风机和减速器，机力塔出口处预留安装消声装置条件。风机风量考虑消声装置对机力塔冷却效果的影响，风机和电机出力考虑出口消声装置30Pa阻力。

4 经济对比分析

两种冷却塔方案经济对比表，见表1。

从总投资对比可看出，采用机力塔初期投资较省。

但其运行费用较高，造成年总费用较自然塔高约80．8万元。

由于燃机电站位于工业区内，机力塔布置灵活，高度相对较低，对周边的视觉环境影响相对较小。且本燃机投产后，有工业抽气，机力塔可根据负荷运行灵活，检修方便，工程最终实施采用机力塔方案。

5 结语

(1)对于燃机电站，采用自然通风冷却塔和机械通风冷却塔均可。目前大多数燃机电站位于城市周边或城市的开发区内，厂区用地较紧张，且对电站内的建构筑物的高度提出一定的要求。由于机械通风冷却塔占地小，布置灵活，高度低，目前常用于城市周边的燃机电站。

(2)对于位于城市周边的燃机电站，对机力塔的降噪提出较高的要求。

[1] 赵振国.冷却塔[M].北京:中国水利水电出版社,1996.

[2] GB/T50392-2006,机械通风冷却塔工艺设计规范[S].北京:中国计划出版社,2007.

李金海(1979—),男,河北石家庄人,硕士研究生、工程师,研究方向为火力发电厂冷却系统。