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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,它主要维持汽轮机
出口背
1
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<
/p>
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
< br>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<
/p>
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。
p>
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
2
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
p>
塔。
在湿式冷却塔中,空气和水直接接触
进行热、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
力消耗低。
2.4
填料塔和喷雾塔
3
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
< br>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
)从安全角度讲,在安装和检修时易发生火灾。
喷雾
塔液
体在
塔顶
p>
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
p>
的水分散成水滴
后,平均直径由
6mm
p>
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
4
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
<
/p>
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
p>
165m
,进风口高度
10.85m
,
冷却塔
0m
直径
< br>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
180m
m
,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 Station
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,
< br>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
5
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
。由于烟气中残余硫的
p>
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<
/p>
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:
淋水面积
6720
㎡,冷却塔总高度
1
41.5m
,冷却塔出
口直径
60m<
/p>
,冷却塔
0m
直径
100m
,烟气流量
170000
m
/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<
/p>
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
3.1.1
空冷机组的特点及性能
6
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