引言
河源某電廠項目位于廣東省河源市,擬建設(shè)251000Mw超超臨界二次再熱燃煤機組,采用自然通風(fēng)冷卻塔閉式循環(huán)供水系統(tǒng)。經(jīng)過冷端優(yōu)化及循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化,按照冷效相當(dāng)原理,每臺機組配1座淋水面積約為14000m2常規(guī)冷卻塔或1座淋水面積約為13000m2高位收水冷卻塔。
1塔型概況
1.1常規(guī)塔
在常規(guī)逆流式自然通風(fēng)冷卻塔中,熱水由管道通過豎井送入塔內(nèi)熱水分配系統(tǒng),經(jīng)配水管再通過噴濺裝置將水灑到填料上,形成雨狀自由跌落入集水池,冷卻后的水抽走重新使用,這種型式的冷卻塔稱為簡稱"常規(guī)塔"。
1.2高位塔
由于常規(guī)塔的冷卻水經(jīng)填料自由跌落的高度(即雨區(qū))較大,導(dǎo)致常規(guī)塔供水高度較高,故循環(huán)水泵揚程較高,功率較大。為有效減小循環(huán)水泵的靜揚程,從而節(jié)約耗電和降噪,在20世紀(jì)70年代末由比利時哈蒙公司在常規(guī)塔的基礎(chǔ)上設(shè)計研發(fā)出一種能降低冷卻塔供水高度的節(jié)能型冷卻塔,即逆流式自然通風(fēng)高位收水冷卻塔,簡稱"高位塔"。并于20世紀(jì)80年代初期在法國幾個1000Mw級內(nèi)陸核電站投入使用,運行多年以來,取得了很好的節(jié)能降噪效果。近幾年來,隨著國內(nèi)對高位收水冷卻塔展開深入研究和運用,目前國內(nèi)已有一批1000Mw和600Mw電廠采用高位收水冷卻塔,并投入商業(yè)運行,節(jié)能降噪效果顯著。
1.2.1節(jié)能
相對常規(guī)塔而言,高位收水塔取消了常規(guī)塔底部的混凝土集水池及雨區(qū),配有高位收水裝置,冷卻后的循環(huán)水在淋水填料底部經(jīng)高位收水裝置截留匯入集水槽至循環(huán)水泵房進水間,再經(jīng)過循環(huán)水泵升壓后送至主廠房循環(huán)冷卻使用。其他的配水系統(tǒng)、淋水裝置、除水器與常規(guī)塔相似。
冷卻塔靜揚程可分為兩部分,即自由跌落高度與非自由跌落高度。對于冷卻效果相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)塔與高位塔而言,非自由跌落高度(包括配水層水力高度、噴射配水高度、填料高度)并無區(qū)別,因此,它們的靜揚程差異就在于自由跌落高度的差異,如圖1所示。高位塔節(jié)能的關(guān)鍵在于減少了常規(guī)塔雨區(qū)自由跌落的高度,而自由跌落高度的減少可降低循環(huán)水泵的揚程高度,實踐證明,采用高位塔循環(huán)水泵可減少揚程7~10m,大大節(jié)約了循環(huán)水泵的電耗。
1.2.2低噪聲
對于常規(guī)塔而言,由于風(fēng)速影響以及水池的消能作用,水流自由跌落(即雨區(qū))至集水池所產(chǎn)生的動能被全部損耗,同時產(chǎn)生很大的噪聲。冷卻塔面積越大,雨區(qū)越高,能量損耗越大,產(chǎn)生的噪聲越大。據(jù)測試,常規(guī)塔進風(fēng)口處噪聲已接近82~86dB(A)。高位塔則通過在淋水填料區(qū)域下端設(shè)置收水斜板和收水槽,將填料下端的水匯集到高位集水槽,高位集水槽再匯集到循環(huán)水泵前池。高位集水槽水面到填料底部的高差遠(yuǎn)小于常規(guī)塔雨區(qū)的高度,其自由跌落高度僅為常規(guī)塔自
由跌落高度的30%左右,且其自由跌落區(qū)均在塔的筒壁之內(nèi),相當(dāng)于跌落在天然隔聲墻內(nèi),相應(yīng)產(chǎn)生的噪聲更小,通?？山档?~10dB(A)。
1.3綜合換熱性能比較
冷卻塔冷卻的主要區(qū)域是淋水填料區(qū)域,雨區(qū)的換熱僅為全塔換熱的一小部分。高位塔的進風(fēng)口高度一般比常規(guī)塔要高,使得塔進風(fēng)阻力較常規(guī)塔減小,以提高塔內(nèi)風(fēng)速,提高冷卻塔冷卻效果。同時,高位塔內(nèi)進風(fēng)更均勻,塔內(nèi)中心區(qū)域與外圈進風(fēng)溫度基本一致,改善了冷卻塔的冷卻效率。根據(jù)哈蒙公司提供的相同裝機容量機組配置的常規(guī)塔和高位塔的冷卻性能對比結(jié)果顯示,高位塔出塔水溫可降低0.2~0.4℃。
2常規(guī)塔與高位塔綜合經(jīng)濟比較
以河源某2×1000Mw燃煤電廠為例,廠址年平均氣溫為21.4℃,大氣壓力為1.005kPa,相對濕度73%。本工程采用雙背壓、雙殼體、表面式凝汽器,總冷卻面積為60000m2,每臺機組總冷卻水量約90000t/h。
2.1方案對比
冷卻塔進出水溫差為9.3℃,出水溫度為22.7℃。根據(jù)冷效相當(dāng)原理,對常規(guī)塔和高位塔方案進行設(shè)計,確定兩種方案塔型尺寸。主要參數(shù)對比如表1所示。
與常規(guī)塔相比,高位塔的循環(huán)水泵選型、泵房布置、循環(huán)水溝布置等均需滿足承壓布置的要求,同時補給水系統(tǒng)的要求也較高。
2.2初投資比較
為了更直觀地進行比較,將常規(guī)塔方案設(shè)為基準(zhǔn)。常規(guī)塔與高位塔初投資比較如表2所示。結(jié)果顯示,高位塔方案因主要增加了收水裝置,初投資較常規(guī)塔方案高約4345萬元。
2.3綜合經(jīng)濟性比較
每臺機組配置3臺循環(huán)水泵,均為雙速電機驅(qū)動。以河源某工程2×1000Mw機組為例進行年費用(包括年固定費用和年運行費用兩部分)計算比較,其中,機組年發(fā)電利用小時按4500h計,投資回收率取8%,大修費用取2%,經(jīng)濟使用年限為20年,循環(huán)水泵電耗采用不含稅上網(wǎng)電價0.33元/kw·h計,對常規(guī)塔和高位塔進行綜合經(jīng)濟性比較,如表3所示。
經(jīng)過上述綜合經(jīng)濟性比較,以常規(guī)塔為基準(zhǔn)方案,高位塔主要增加了收水裝置費用,一次性投資較常規(guī)塔高出4345萬元。當(dāng)年利用小時數(shù)按4500h計,每年循環(huán)水泵運行費用可節(jié)省818萬元,年利用小時數(shù)越高,循環(huán)水泵節(jié)省電費越多。按照年費用最小法計算,高位塔方案較常規(guī)塔低289萬元。
3結(jié)語
高位收水冷卻塔初期投資比常規(guī)塔高,但其綜合運行費用較低。研究結(jié)果表明,該電廠采用高位收水冷卻塔方案是可行的,有效減少了電能消耗,降低了噪聲,節(jié)約了能源,保護了環(huán)境,具有巨大的社會效益。
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