(神皖合肥庐江发电有限责任公司 安徽省合肥市 231555)
摘要：安庆电厂二期扩建工程采用了超大型高位收水冷却塔技术，该技术可降低循环泵耗电，符合电厂节能减排的要求，同时可以获得较好的经济效益。本文对高位塔的特点进行介绍，并结合安庆电厂的技术指标，对常规塔与高位塔进行技术经济比较和投资效益分析。
关键词：高位收水冷却塔常规塔效益比较
Abstract: AnqingPhase II Power Plant project utilizevery-large and high-yield water cooling tower technology, which can reduces the power consumption of the circulation pump, meets the plant's energy saving requirements, and can get better economic benefits. This paper introduces the characteristics of the high tower, combined with technical indicators of Anqing power plant,comparing technical and economic as well asanalyzinginvestment returns between conventional tower and high-yield tower.
Keywords: high-yield tower conventional tower beneficial resultcomparison.
1 概述
国内的百万机组循环水量大，超大型常规逆流式自然通风冷却塔静扬程高，循环水泵的耗电较大，循环水系统的运行费用也较高，另外，由于常规塔的雨区高度较高，其产生的噪声也较大，如何减少百万千瓦级的燃煤电厂的冷却塔能耗以及噪音的问题是国内一直比较关注的焦点问题之一。
为有效地减少泵的扬程，从而节约点耗和降噪，比利时哈蒙公司在上世纪70年代研发了高位收水冷却塔技术，并在法国若干个1000MW级别内陆核电站投入使用，取得很好的节能降噪效果，经过近20多年的运行表明高位收水装置是稳定可靠安全的。目前国内神华万州2X1000MW电厂是国内第一个在百万机组上采用哈蒙高位收水塔的电厂，神皖安庆2X1000MW扩建工程是第二个，另外还有一批百万机组电厂也拟采用高位收水塔，可以看出高位收水冷却塔作为一种节能环保的新技术有在国内进行广泛推广的趋势。
2. 高位收水冷却塔的功能特点
2.1 节能
冷却塔供水扬程（竖井水位与集水池水位差）可分为二部分，即自由跌落高度与非自由跌落高度。对于冷却效果相当的常规自然塔与高位收水自然塔而言，非自由跌落高度（包括配水层水力高度、喷射配水高度、填料高度）并无区别，因此，他们的静扬程差异就在于自由跌落高度的差异。高位塔是一种节能型冷却塔，其节能的关键在于减少了常规自然塔雨区自由跌落的高度。由于自由跌落产生的动能被完全损耗，因此，自由跌落区减少的高度等于循环水系统节约的水头，即循环水泵减少的静扬程。其主要的特点是无论冷却塔的大小，其供水几何扬程基本不变（约6～8m），而常规塔的几何扬程与塔大小有关（约13～22m），机组容量越大，配的常规冷却塔越大，高位收水塔节约的扬程就越多，其经济型越显著。
2.2 低噪声
根据相关研究及试验证明：所有的大型常规自然通风冷却塔的进风口处的噪声均接近82～86dBA，是最为显著的噪声源。而淋水声又是冷却塔噪声的主要来源。从高空下落的冷却水与集水池中的水撞击而产生淋水噪声。整个过程是高处的冷却水在重力的作用下势能转化为动能，当下落到与集水池里的水撞击时，其中一部分动能便转化为声能进行传播。水的自由跌落高度越高，产生的噪声也越大。高位收水塔自由跌落高度仅为常规自然塔自由跌落高度的26.5％，而且其自由跌落区均在塔的筒壁之内，相当跌落于天然隔声墙，因此噪声排放非常低，通常可降低约8～10分贝。
2.3 综合换热性能更优
冷却塔换热的主要区域是淋水填料区域，雨区的换热仅为全塔换热的一小部分。高位收水冷却塔的雨区相对常规塔短（仅在高位收水装置区域），换热能力较常规塔减少约3％。
冷却塔阻力中，雨区的阻力占40％左右，高位收水冷却塔雨水较短，减少了雨区通风阻力，但由于增加了高位收水设施，收水斜板的设置阻挡了部分进风面积，又增加了一定的进风通风阻力。由于高位塔的特点增加进风口高度时其供水高度不变，故高位收水塔的进风口高度一般比常规塔要高些，高位塔设计时一般要选择合适的进风口高度，使塔进风阻力较常规塔减小，以提高塔内风速，提高冷却塔换热效果。同时，高位收水塔内进风更均匀，塔内中心区域与外圈进风温度基本一致，改善了冷却塔的冷却效率，综合比较来看，相同塔型参数（塔总高度、零米直径、出口直径、喉部直径和高度均相同）的高位收水塔出水水温较常规塔低0.2～0.4℃（相同填料时）。
3 高位收水冷却塔经济型分析
3.1概述
安庆二期扩建工程规划容量为2X1000MW超超临界燃煤机组，根据工程自然和环保条件，你采用带冷却塔的循环供水系统，按照冷效相同的方法，一台机组配置一座常规冷却塔或一座哈蒙高位收水冷却塔，冷却塔尺寸对比见下表：
3.2 方案比较原则
（1）技术经济比较以2×1000MW机组为单位进行年费用比较，年费用包括年固定费用及年运行费用二部分。
（2）方案比较仅比二个方案主要差异部分，包括冷却塔、循环水泵房及设备、循环水沟、降噪设施等，循环水管、凝汽器二方案均相同，故不参与比较。
（3）循泵运行按变倍率考虑，循泵耗电按铭牌功率的0.8计。
（4）节约的电耗收益按不含税上网电价计
3.3基本技术经济参数
根据本工程汽轮发电机组的技术经济条件，方案比较采取的基本技术经济参数（预测值）为：
•机组年利用小时数：5000h
•投资回收率：10％
•经济使用年限：20年
•上网电价：0.353元/kW•h（不含税）
•大修理费率：1.5％
•年固定费用率Sn：0.1175
3.4 高位收水冷却塔与常规冷却塔经济性比较概述
塔芯材料按进口技术国内生产的预估中间价格计算，2×1000MW机组高位收水塔系统初投资比常规塔系统多约7722万元，但高位收水塔每年因上网电量较多、塔出水水温较低、热耗降低可使年运行费用降低991万元/年（扣除每年折扣的大修费后）。综合投资和年运行费费用，高位收水冷却塔年费用比常规塔低84万元/年。
高位收水塔系统初投资高于常规塔系统的主要原因是高位收水塔塔芯部件及收水部件投资费用较高。塔芯材料按进口技术国内生产的预估中间价格计算，两座高位收水塔塔芯材料投资多出约10266万元。
高位收水塔集水槽土建工程量低于常规塔零米水池土建工程量，高位收水塔系统在土建上的总投资略低于常规塔。对于两台机组而言，高位收水塔方案循泵房地上部分较高，但地下部分较浅，二者土建投资差异不大，高位收水塔方案循泵房土建投资略高，考虑循环水沟的差异后，高位收水塔方案的塔、循泵房及循环水沟的土建总投资比常规塔方案低约464万元。
由于高位收水塔方案循泵扬程低、功率小，高位收水塔方案循泵等设备投资比常规塔方案少约300万元。
常规自然通风冷却塔噪声较大，一般可达82～86dB，而采用高位收水塔比常规塔可降低8～10分贝，为满足环保要求，对二种不同塔型方案采取不同的噪声治理措施，根据环保专业计算，按常规塔噪音85分贝，高位收水塔噪音75分贝计算，两座塔高位收水塔的降噪费用比常规塔低约1780万元。
高位收水塔系统循泵功率较常规塔系统低3400kw，高位塔上网电量可增加2720万度/年，电耗费用低960万元/年；高位塔年均水温较常规塔低0.7℃，微增费用低186万元/年；高位塔因初投资高年大修费高155万元/年，综合上述三项费用，高位收水塔年运行费用低991万元/年，静态回收年限6.5年。
为更好分析高位塔的经济性，根据安庆高位塔项目的合同，常规塔塔芯部件按820元/m2计，哈蒙高位塔综合价按4600～5600元/m2进行敏感分析，上述价格为塔芯设备部件供货与安装的直接费，其结果见图3.4-1。
从敏感分析结果看，如以目前的发电成本与上网电价（0.287/0.353元/kw）计，高位收水塔塔芯综合价在4600~5036元/m2时（较常规塔塔芯费用高5.6～6.1倍），其年费用较常规塔低156～0万元/年，临界点在5036元m2；若以电厂经济运行年限20年内平均发电成本与上网电价计（物价上涨率2％，0.335/0.412元/kW），高位收水塔塔芯综合价在4600~5573元/m2时（较常规塔塔芯费用高5.6～6.7倍），其年费用较常规塔低348～0万元/年，临界点在5573元m2，综上分析可看出，在安庆工程采用高位收水塔是具有较明显经济性的。
以哈蒙高位塔塔芯综合价预测中间价4800元/m2计，以目前测算电价计，高位塔年费用较常规塔低84万元/年；以电厂经济运行期内预测平均电价计，高位塔年费用较常规塔低276万元/年，因此高位塔的经济性是非常明显的，在未来电价上涨时，其经济性将更显著。
4.结论
4.1高位收水冷却塔大幅减小了常规塔雨区和系统静扬程，具有明显节能和低噪音优势，塔面积越大，进风口高度越高，其节能和降噪优势越明显，对于超大型冷却塔，高位收水技术拥有广阔的应用前景。
4.2高位收水冷却塔技术成熟、运行可靠，采用高位收水冷却塔方案，由于循泵扬程低，循泵电动机等设备投资也相应降低。
4.3由于雨区跌落高度降低，高位收水冷却塔比常规冷却塔噪声可降低8~10分贝，从而可大幅减少噪声治理费用。
4.4在电厂全寿命期内，安庆电厂二期扩建工厂采用的高位收水冷却塔方案的经济性优于常规塔的方案。
参考文献:
[1]《超大型高位收水冷却塔工艺设计探讨》赵云驰侯燕鸿等<給水排水>，2009
[2]《高位收水冷却塔的设计》金熹卿，谢化一<中国电力>， 1993
[3]《节能降噪冷却塔的应用综述》杨护洲，杨若松<电力勘测设计>，2015
[4]《火力发电厂水工设计规范》DLT 5339-2006
作者简介
1、童敏：1984年12月出生，现任神皖合肥庐江电厂项目管理部副经理（主持工作) ，负责项目基建管理工作。
2、邵立奎：1969年11月出生，现任神皖能源公司工程管理部业务经理，负责电厂基建管理工作。
3、相伟：1982年8月出生，现在神皖合肥庐江电厂任质量技术部汽机主管，负责汽轮机技术管理工作。
4、史鑫：1978年10月出生，现任神皖合肥庐江电厂任质量技术部土建主管，负责土建技术管理工作。
论文作者:童敏1,邵立奎2,相伟3,史鑫4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
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