火力发电厂冷却塔选型发展动态(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上火电厂冷却塔选型发展动态摘要：冷却塔是发电厂冷端系统的主要设备之一，它主要维持汽轮机出口背压，并使热力系统实现朗肯循环，故其运行好坏直接影响机组和电厂热经济性。冷却塔技术和塔型的选择应本着技术先进、安全可靠、经济合理的设计选型原则，根据项目的工艺、气象、场地、水质等条件进行综合筛选和优化，达到冷却效果高、运行能耗低、安全可靠、使用寿命长、管理维护简单等要求。关键词：冷却塔 分类 选型1. 研究意义火电厂冷却系统主要是指汽轮机排汽端凝汽器冷却系统，它将汽轮机排出的、已做过功的乏汽冷凝成凝结水，凝结水再送回锅炉中继续循环。它是发电系统中的一个重要组成部分，其工作性能的优劣

2、直接影响到整个电厂的热经济性和运行可靠性。冷却系统主要有直流冷却系统和循环冷却系统（含开式循环和闭式循环）。受水资源短缺的限制，一直以来，我国内陆和北方地区主要采用应用冷却塔的循环冷却系统，而在水资源丰富的沿海和南方地区，以前都是以直流冷却为主。一些工业发达国家比较早就已重视河流和近海的热污染，虽然电厂建在海岸或河边，却不采用直流冷却系统，而采用开式循环冷却系统。在我国，近年来，有关水域温排放的限制也越来越严格，如果国家对电厂征收水资源费和排污费，采用直流冷却方式的电厂运营成本必将大大超过采用循环冷却方式的电厂，这些因素对电厂采用何种冷却方式将带来重要影响。冷却塔是发电厂冷端系统的主要设备之一

3、，它主要维持汽轮机出口背压，并使热力系统实现朗肯循环，故其运行好坏直接影响机组和电厂热经济性。近年来用电负荷迅速增加，火电厂的装机容量也随之增加，受国家产业结构调整和节能减排政策的影响，同时也由于设备制造和材料科学的进步，火电厂单机容量有了跨越式的提高。据中国能源报2010年3月22日报道，我国2010年在建的百万千瓦火电机组达到68台，百万千瓦火电机组总装机容量将高达9200万千瓦！截至目前，我国投运的百万千瓦超超临界火电机组已有24台，总装机容量为2400万千瓦，占火电装机总容量的3.37%，平均供电煤耗为290克/千瓦时。目前，无论是已经投运还是在建、拟建的百万千瓦超超临界机组、我国都居

4、世界首位。作为冷端设备的冷却塔也向大型化发展。随着电力建设技术水平的发展，电力工程多采用高效率、大容量发电机组，与其匹配的大型自然通风冷却塔、海水自然通风冷却塔以及烟道式自然通风冷却塔技术被工程广泛采用，冷却塔设计成为突出问题，急需开展相关研究工作，以解决工程设计中遇到的问题，满足工程建设的需要。在冷却塔的建设过程中，冷却塔的选型是至关重要的一个环节。这不仅决定了冷却塔的运行效果能否满足工艺生产的需要及基本建设的投入，也关系到日后运行的维护管理、能耗及环境保护问题。2. 冷却塔的分类和比较2.1 按通风方式按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。自然通风冷却塔又称风筒式或

5、双曲线型塔，它利用塔内外的空气密度差造成的通风抽力使空气流通（自然通风），其冷却效果稳定，运行费用低，故障少，易维护，风筒高，飘滴和雾气对环境影响小，缺点在于空气内外密度差小，通风抽力小，不易用在高温高湿地区。机械通风冷却塔又分为抽风式和鼓风式冷却塔，分别利用抽风机或鼓风机强制空气流动，它的冷却效率高，稳定，占地面积小，基建投资少，但运行费用高，其中抽风式使塔内呈负正压状态，有利于水蒸发，鼓风式情况则相反，鼓风式冷却塔主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。2.2 按热水和空气的接触方式按热水和空气的接触方式分有湿式冷却塔、干式冷却塔、干/湿式冷却塔。在湿式冷却塔中，空气和水直接接触进

6、行热、质交换，其热、质交换效率高，冷却水的极限温度为空气湿球温度，缺点在于冷却水存在蒸发损失和飘散损失，并且水蒸发后盐度增加，需要补水。干式冷却塔中，水或蒸气与空气间接接触进行热交换，不发生质交换，它主要用于缺水地区及特殊场合，热交换效率一般比较低，并且投资大，耗能高。2.3 按热水和空气的流动方向 按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流式冷却塔、混流式冷却塔。逆流式冷却塔里水自上而下，空气自下而上，横流式冷却塔中水自上而下，空气从水平方向流入。逆流塔阻力大，冷效好，占地小，价格相对较高；横流塔阻力小，冷效相对较差，占地相对较大，价格相对便宜。横流冷却效果比逆流差，但是比较好维护，一般动

7、力消耗低。2.4 填料塔和喷雾塔 机械通风冷却塔又多为填料塔和喷雾塔两种。填料塔内设置有填料，根据“双膜理论”的双膜模型，热水由分水器自塔顶向下喷淋在填料表面上，从而形成液膜,液膜向下流动时不断更新；冷空气自塔底进入，以连续相的形式向上流动，与填料表面的液膜层接触，进行热质交换。其优点是比表面（相界面积/液相体积/(m2/m3)）可达1200m2/m3，气液两相接触时间较长，其填料塔缺点是：（1）比表面增长受填料空间的限制；（2）冷空气的阻力系数大；（3）不适用于物料较脏的场合，填料清洗较困难；（4）填料易老化碎裂，其碎片造成水泵、管道、换热器、喷嘴、填料堵塞，需定期补充更换填料；（5）从安全

8、角度讲，在安装和检修时易发生火灾。 喷雾塔液体在塔顶由喷雾器分散成雾滴状向下喷淋或中上部向上喷射，气体自塔底进入以连续相的形式向上流动，与雾状液体相接触。喷雾塔的优点是在“双膜理论”的基础上充分发挥了“粒理论”的优势，就是其比表面（相界面积/液相体积/(m2/m3)增加空间大，（如1m3的水分散成水滴后，平均直径由6mm减为3mm，滴数增加8倍，粒重只有1/8，而比表面则由1000m2/m3增加到2000m2/m3）；气相压降小，结构简单不怕堵，布水均匀，持液量低。喷雾塔的缺点是是气液接触时间受雾滴大小和气速高低的限制。喷雾塔适用于极快反应系统以及受气膜传质控制的气液反应过程；有污泥、沉淀和有

9、固体物的场合以及高温条件。2.5 其他分类 按冷却温度分有标准型冷却塔、中温型冷却塔、高温型冷却塔。按噪声级别分为普通型冷却塔、低噪型冷却塔、超低噪型冷却塔、超静音型冷却塔。按形状分有圆形冷却塔、方形冷却塔、矩形冷却塔。其他如喷雾式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔等3. 国内外研究和应用情况3.1 国外大型自然通风冷却塔 德国艾莎核电厂位于德国东南部的坝巴伐利亚州，电站二期一台装机容量为1400MW，于1988年建成发电，采用一机一塔单元制二次循环供水系统，采用逆流式自然通风冷却塔，补给水为淡水。该电厂冷却塔设计参数如下：淋水面积16300，冷却塔高165m，进风口高度10.85m ,冷却塔

10、0m 直径152.4m，出口直径86.3m，塔壳下沿直径145m，喉部直径83.3m，塔壳最薄厚度180mm，支柱为直径1m的人字柱，淋水填料高度1.8m。采用4个竖井配水，竖井间输水为混泥土沟，断面尺寸为3.6m*3.6m。冷却塔筒壁竖向加肋，冷却塔人字柱为圆形断面，为独立柱基础，矩形支墩位于水池池壁外，塔内设有隔风板。循环水泵房布置在冷却塔边。采用敞开式的进水前池。为降低冷却塔噪音对环境的影响，冷却塔外设有防噪墙，防噪墙高15m，距离塔进口边沿约20 m，采用在立柱边插入防噪板方式，外墙为钢板、内墙面为波型多孔板。3.2 国外烟道式自然通风冷却塔Schwarze Pumpe Power S

11、tation 位于德国东部，为燃烧褐煤机组，装机容量为2*800MW，1997年投入运行。循环水为淡水，循环水系统采用单元制供水系统，1机配1座自然通风冷却塔，采用多竖井配水方式。褐煤含硫量为0.8%，采用湿法脱硫，烟气温度由脱硫前的170降低至脱硫后的65，低温烟气通过冷却塔排除。电厂采用烟道式自然通风淡水冷却塔，冷却塔部分技术参数为：淋水面积6000，冷却塔高141 m , 进风口高度7.3m，冷却塔0m直径104m，烟气塔内出口流速18 m/s，入塔烟道为每塔2根玻璃钢烟道（集中于塔中部），支柱为1.0m 人字柱，入塔烟道管道中心高度15 m，烟气入塔温度65，入塔烟道直径6.5m。由于

12、烟气中残余硫的存在，塔内壁按Ph=1进行防腐处理，刷防腐涂料。烟气通过2条烟道进入冷却塔，在冷却塔筒壁开孔，入口处采用柔性密封；冷却塔筒壁竖向加肋，冷却塔人字柱为圆形断面，矩形支墩位于水池壁内，入塔门为矩形门洞。循环水泵房露天布置在冷却塔旁，泵房距离冷却塔约为20m。Zehn Jahre Steinkohlekraftwerk Rostock 电厂位于德国北部，频临波罗地海，为燃烧烟煤电厂，煤的含硫量小于1%，装机容量为550MW,1994年10月开始运行。该电厂采用海水二次循环供水系统，配1座自然通风冷却塔，海水经过预处理。烟气脱硫后由冷却塔排放。烟道式自然通风冷却塔主要技术参数如下：淋水面

13、积6720，冷却塔总高度141.5m，冷却塔出口直径60m，冷却塔0m 直径100m，烟气流量 m3/h,支柱为放射状一字柱，入塔烟道数量为1根玻璃钢烟道，入塔烟道直径为7m，排烟道出口方式为箱式侧向连续排放。淋水填料采用塑料薄膜式填料，填料高度为1.0m，填料淋水面积较淡水冷却塔增加约3.3%。烟气脱硫后由1条烟道伸入冷却塔中部排放。烟道出口方式为箱式侧向连续排放，检修时发现排烟装置内部有破损，效果不太好。冷却塔筒壁开孔，入孔出采用柔性密封，冷却塔筒壁竖向加肋，冷却塔筒壁支柱为放射状一字柱，而不是通常的圆形断面人字柱。3.3 国内外空冷机组发展情况3.1.1 空冷机组的特点及性能发电厂空冷系

14、统也称干冷系统，它是相对于常规发电厂湿冷系统而言的。它是指汽轮机的冷却系统以空气为冷却介质，有干式冷却塔或机力通风设备的空冷散热器的闭式循环系统，而湿冷系统为水冷却系统。空冷系统主要有三种，即直接空冷系统、表面式凝汽器的间接系统和带混合式凝汽器的间接系统。直接空冷系统是在空冷散热器内直接将汽轮机排汽冷凝，空气与蒸汽直接换热。表面式凝汽器间接空冷系统换热两次，冷却水先进入表面式凝汽器，靠管壁换热将汽轮机排汽冷凝，吸热后的冷却水再送至空冷塔散热器中与空气对流换热。混合式凝汽器间接系统也有两次换热，与表面式凝汽器间接系统主要的不同是，凝汽器为喷射式凝汽器，冷却水与汽轮机排汽直接接触换热。空冷机组有以

15、下特点和性能：（1）空冷机组节水效果显著。与同容量的湿冷机组相比，空冷机组冷却系统本身可节水97%以上，全厂节水约65%。（2）空冷发电技术为低温位、小温差、特大散热量的空气冷却热交换装置。该装置体积庞大，价格昂贵，可与电站锅炉相比，应列入电站四大设备（即锅炉、汽轮机、发电机和空冷设备）之一。（3）空冷系统的冷却性能受环境影响很大，导致汽轮机背压升高且变幅大。在夏季炎热期还要或多或少地减少发电。（4）造价高于湿冷机组。对于冷却系统来说，湿冷、直接空冷、间接空冷的投资比为2:3:5，空冷系统部分占全厂投资的6%9%，但在电站建成以后的运行过程中，与湿冷系统补充大量冷却水所需的高成本相比，空冷系统

16、的总投入会大大节省。（5）直接空冷的冷却极限为饱和蒸汽的相应温度；间接空冷的冷却极限为环境的干球温度。这两者的温度都高于湿冷机组的相应温度，故其循环效率约降低5%，加上厂用电消耗多，所以其热耗比湿冷机组一般高6%9%。3.1.2 国内外空冷机组发展概述 1939年德国GEA公司首先提出火电厂直接空冷的设想，1950年匈牙利人海勒(Heiler)教授在第四届世界动力会议上发表了电厂间接空冷的论文。上个世纪70年代匈牙利人福哥(Forgo)教授对空冷散热器进行改造后，空冷发电厂得到了商业性发展。此后，空冷机组广泛用于火电厂，电站空冷系统的装机容量以指数曲线方式增长。据不完全统计，目前世界上已运行及

17、正建造的空冷机组总容量约40000MW。上世纪80年代末，我国大同电厂引进两台匈牙利200MW混合式间接空冷系统，利用国产汽轮发电机组，于1987年投入运行，实现了我国大型空冷机组零的突破。在富煤缺水的“三北”地区，新型的空冷节水机组正在取代传统的湿冷机组，电力产业也正从过去的粗放式的生产经营方式向节能型、靠提高设备技术含量增加经济效益的方向良性发展。进入21世纪以来，国家在第10个五年发展计划期间，明确指出要发展大型空冷电厂并逐步形成规模。预计到2010年，我国火电空冷机组装机将有71台，装机容量约2300万KW。3.4 国内外干湿联合冷却系统发展情况干湿联合冷却系统起步较晚，是在湿冷系统和

18、空冷系统的基础上发展起来的一种新型冷却系统。德国是干湿联合冷却系统技术相对比较成熟的国家，早在1987年1月，德国阿尔巴赫戴齐绍发电厂5号火电机组，容量465MW，采用一座圆型结构的风机辅助通风干湿混合式冷却塔，该系统消雾效果良好，节水20%。节水系统的干湿型并列组合冷却装置，由承担少量热负荷的机械通风或自然通风的直接空冷系统与承担大量热负荷的常规湿式冷却塔系统的两种冷却系统组成。这两种系统的凝结水汇集后送入汽轮机的回热系统，其节水量可达30%以上。该系统的优点是在任何气温下，均可按火电机组额定出力满发，在漫长冬季里，可充分发挥干冷运行超载特点和常年运行节水优势，相当同样的水量可多装机多发电。

19、国外较多的采用的是混合式冷却塔系统和湿冷、直接空冷联合的冷却系统。我国在干湿联合冷却系统方面的研究起步较晚，山西电力勘测设计院的王佩璋老师在干湿联合冷却系统方面作了一定的理论研究。但到目前为止，在干湿联合冷却方面我国仍处在理论研究阶段，干湿联合冷却系统在我国火电厂还没有得到实质性的应用。我国的华北、西北、东北地区，特别是山西、内蒙古西部、陕西以及新疆等地的煤炭资源丰富，但往往由于水资源匮乏，限制了当地的火电建设。常规湿冷机组需消耗大量的补充水，并对水源的可靠性有较高要求。采用空冷机组是火力发电厂节水的有效途径，并已在大同、丰镇、太原等电厂取得了显著的节水效果。但空冷系统的空冷机组，初投资较高、

20、发电标准煤耗较大、夏季短暂时间还要限制机组出力，故没有大量采用；配有湿冷系统的湿冷机组，虽然上述问题较小，但却需消耗大量的补充新鲜水，并要求水源连续可靠。因此在大型发电厂或核电站采用空冷、湿冷的干湿联合冷却系统是一种解决上述两方面问题的方案，是机组冷却系统的一种发展趋势。干湿冷机组既能发挥空冷机组节水的优越性，又保持湿冷机组节约投资的优点，经济性高，夏季出力不限制，适应机组变工况运行的优点。该系统兼有上述两种系统的优点，它的节能、节水、环保优于上述两种系统单独运行，是保证缺水地区机组满发的途径。干湿联合冷却系统弥补了空冷系统、湿冷系统的缺陷，是一种有待发展的新技术。干湿联合冷却系统既可用于北方

21、缺水的地区，也可用于南方水资源相对丰富的地区，以保证枯水季节电厂冷却水量的需要，同时又可有效地防止温排水引起的江河水质热污染。3.5 国内外大型逆流机械通风冷却塔发展比较上世纪90年代中叶以前，国内的冷却塔专业公司和设计研究单位，在大型逆流机械通风冷却塔的技术研究、整塔设计、部件开发上，和欧美发达国家的冷却塔专业公司和研究机构相比，是有很大差距的。比较典型的例子是，国内专业公司和研究单位只重视冷却塔局部问题的研究，如填料、收水器、喷头样式形状的变化，不注重诸如塔体结构对气流流场的影响、塔内各部件的相互联系和影响、塔的冷却性能是哪些因素组成的多元函数、多塔组成的塔群如何最优化布置等等冷却塔整体性

22、问题的研究试验。这导致当时国内设计和建造的逆流塔各部件尺寸不合理，梁柱粗大，阻风和绕流性不好，不起冷却作用的辅助性构件和结构性构件多，冷却塔的净通风面积和淋水面积大为减少，阻力很大，涡流区多，冷却效率低下。同样的工艺参数，风机直径为8.53m 的逆流机力塔，国产塔的冷却能力只能达到3000 m3/h，而进口塔却能达到4000 m3/h，差距非常明显。 上世纪90年代中叶以后，在国内石化、化工和电力行业蓬勃发展的市场需求驱动下，在国外先进冷却塔设计技术和理念的冲击下，国内部分有远见，有技术传统的设计单位、研究单位和专业公司加强、加大了对冷却塔基础理论和设计技术的研究探讨，对国外先进技术进行吸收改

23、进。经过十多年的发展和大量工程实践，在逆流机力塔整塔设计，塔体土建结构优化，塔内空气流场优化，工业塔现场试验测试手段，施工管理组织水平等方面均取得了长足进步。设计和建造了大量的高水平、高性能的大型逆流冷却塔，遍布中国大江南北，对中国高速发展的石化、化工、电力工业起到了积极作用。4. 冷却塔选型研究方法 要把一定流量的水冷却到所要求的温度，可以用不同的冷却塔（自然通风冷却塔、机力通风冷却塔及辅助通风冷却塔等）。各异的工艺生产过程，不同的地理环境，行业的习惯，选择冷却设备的类型会有不同，冷却塔选择还和生产工艺使用的换热器设计，换热效率，起始与终端的温度密切关连，势必增加冷却塔选型的难度。在冷却塔选

24、型过程中，应根据当地的建设及运行条件，结合地价、水价、电价及投资回收年限等对冷却塔进行全面的技术经济比较，选择最佳的冷却塔。经济比较不仅是看一次性投资的报价，而且一定要建立在认真技术比较之后，进行综合评价才能体现其比较的作用。技术比较与经济比较是二个独立而又互相制约的课题，确立一个优化的目标函数，把技术与经济有机的统一起来有助于选择理想的冷却塔。根据火力发电厂水工设计规范（DL/T5399-2006）第9.11条的规定：“冷却塔的塔型选择，应根据循环水的水量、水温、水质和循环水系统的运行方式等使用要求，并结合下列因素及具体工程条件，通过技术经济比较确定：1、当地的气象、地形和地质等自然条件；2

25、、材料和设备的供应情况；场地布置和施工条件；4、冷却塔与周围环境的相互影响。”5. 结论冷却塔是包括火电厂和核电厂在内的大型工业循环水场中最重要的设备，是工业水循环使用的根本保障。在国家大力提倡循环经济的今天，有越来越多的单位和用户开始重视和关注冷却塔技术的研究和发展。冷却塔技术和塔型的选择应本着技术先进、安全可靠、经济合理的设计选型原则，根据项目的工艺、气象、场地、水质等条件进行综合筛选和优化，达到冷却效果高、运行能耗低、安全可靠、使用寿命长、管理维护简单等要求。参考文献1 李德兴。 冷却塔选型的技术经济比较。工业用水与废水Apr.20062 赵振国。 冷却塔。 北京：中国水利水电出版社，19973 石诚等。德国大型自然通风冷却塔、海水自然通风冷却塔和烟道式自然通风冷却塔简介。电力建设，2008年5月4 阳文宣。珠江流域火电厂冷却方式的选择。珠江现代建设，2007年4月第2期5 徐跃芹等。火电厂自然通风冷却塔性能研究。汽轮机技术，2005年10月6 胡三季。机械通风冷却塔技术发展及存在问题。工业用水与废水2006年11月7 王佩璋。干、湿并列冷却系统在火电厂的应用。电力建设1997年第12期专心-专注-专业