高坤华

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

国外高温高湿地区优选机械通风冷却塔

高坤华

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

为做好涉外工程，本文以印尼南苏4×600MW坑口电站为例，介绍本工程循环水系统的优化，通过技术经济比较，推荐用机械通风冷却塔代替自然通风冷却塔的循环水系统，在此类高温高湿地区是经济的和合理的，为以后工程提供设计经验。

机械通风冷却塔；涉外工程；高温高湿地区；优化设计。

随着我国电力行业的迅猛发展，国内火力发电项目速度趋缓，电力勘测设计市场的竞争日益激烈，越来越多的电力勘测设计单位开始向国外市场拓展生存空间，最近我院完成了印度、印尼涉外工程的设计。由于此类地区气温及湿度都较高，在循环水系统设计上与国内有一定区别。本文以印尼南苏4×600 MW坑口电站为例，介绍本工程循环水系统的优化，通过技术经济比较，推荐用机械通风冷却塔代替自然通风冷却塔的循环水系统，在高温高湿地区是经济的和合理的，为以后工程提供设计经验。

1 工程概况

印尼南苏4×600 MW坑口电站在印度尼西亚南苏门答腊省MUARA ENIM县，Darmo镇东南约4.3 km处。厂址地形较平坦，呈浅丘状，自然地面标高绝大部分在100.0 m～110.0 m之间，电厂水源为Lematang河水，取水管线长约30.0 km。厂址地震烈度为8度。

厂址所在区域属干湿季明显的热带气候区。干季始于5或6月，持续约6个月到10或11月结束，其余为湿季。多年年平均降水量为3226 mm，多年年平均降水日数为202天。工程区域多年逐月气温的变化范围为21℃～33℃，均值为27℃。相对湿度变化范围为30%～90%，最小相对湿度常发生在12月，而最大相对湿度常发生在5月。

2 循环水系统

方案一：循环水系统采用带有自然通风冷却塔的单元制再循环供水系统。方案二：循环水系统采用带有机械通风冷却塔的单元制再循环供水系统。

每台机组配2台各占50%夏季循环水量循环水泵，1座冷却塔。循环水泵房靠近冷却塔布置。从冷却塔水池出水至循环水泵房为引水明渠及前池，从循环水泵房至汽机房凝汽器的进水管和由凝汽器至冷却塔的出水管均为各自独立的压力管道。

3 循环水系统优化

3.1 循环水系统优化设计的计算方法

循环水系统优化计算，采用年总费用最小法[2]，即将投资按规定的回收率分摊至每一年中，再加上上一年的水泵耗电费、微增出力引起的补偿电量的电费为年总费用，其值最小的方案为最优。计算结果中年总费用值，不是各方案的实际年总费用值，而是各方案比较的相对值。如各方案中泵房、循环水沟的长度及规格相同，其投资也相同，对比较结果无影响，该部分投资未列入计算结果中。

3.2 原始数据

⑴汽轮机主要热力数据见表1。

表1 汽轮机主要热力数据

⑵ 气象条件：逐月气象条件见表2。

频率为1 0%的日平均干球温度假定为30.6ºC，相对湿度假定84%，平均气压998.6 hPa。

3.3 循环水系统优化设计中有关参数的取值

3.3.1 计算取值

循环水泵耗电电费单价采用0.196元/kW·h。

表2 气象条件

微增出力引起的补偿电量电价的折减系数取0.85。

本工程投资回收率为8%，10年固定费用分摊率为17.4%，20年固定费用分摊率为12.7%，30年固定费用分摊率为11.4%，年维修费用为2.5%。

电厂经济运行年限30年。

机组年利用小时数：7008，各月平均分配。

3.3.2 冷却塔

⑴方案一：配置自然通风冷却塔的设计输入取值。

① 冷却塔面积：9000 m2；9500 m2；10000 m2；10500 m2；11000 m2。

②冷却塔单位面积造价：6100元/m2。

⑵方案二：配置机械通风冷却塔的循环水系统优化设计。

①风机选配电机功率160 KW，风机直径Ø8530 mm，机力塔单位造价，80万元/段。

风机选配电机功率200 KW，风机直径Ø9750 mm，机力塔单位造价，105万元/段。

3.3.3 凝汽器

凝汽器面积：37000 m2；38000 m2；39000 m2；40000 m2；41000 m2；42000 m2。

凝汽器为双背压，单流程，冷却管材选用不锈钢(304)管，清洁系数为0.85。

凝汽器单位面积造价：750元/ m2

凝汽器凝汽器的端差不得小于2.8℃。若计算出的端差小于2.8℃，取端差为2.8℃[2]。

3.3.4 优化计算的方案组合

根据其它工程的经验，结合本工程的实际情况，拟定了优化计算的方案组合

冷却塔面积(m2)：9000；9500；10000；10500；11000。

凝汽器面积(m2)：37000；38000；39000；40000；41000；42000。

冷却倍率： 55 ；60；66；70；72。

循环水总管管径：DN3200；DN3000。

循环水支管管径：DN2400；DN2200。

3.4 循环水系统优化设计结果

3.4.1 方案一：配置自然通风冷却塔的循环水系统优化设计

⑴配置自然通风冷却塔的循环水系统优化设计计算结果

根据以上参数，系统组成400个方案进行优化计算，计算结果前15位方案排序见表3。

表3 循环水系统优化结果

⑵配置自然通风冷却塔的循环水系统优化设计结果分析

根据循环水系统优化设计结果，对冷却塔面积、凝汽器面积、冷却倍率及背压的取值进行了分析。

电价上调对推荐采用较大冷却塔面积的方案有利，且冷却塔面积增大时，冷却塔出水温度较低，冷效好。前11名方案均为11000 m2冷却塔，所以选择11000 m2冷却塔方案较为合适。

对37000～42000 m2凝汽器进行优化，结果表明：凝汽器面积增大时，初期投资较低，年费用较低，所以选择42000 m2凝汽器方案较为合适。

前15名的冷却倍率均为55和60，而且冷却倍率增大时，年费用成增大趋势，当选42000 m2凝汽器，11000 m2冷却塔，冷却倍率为60倍时，在年平均气象条件下，比冷却倍率为50和65时，背压较小，微增电费最小，机组热效较高，所以冷却倍率推荐采用60。

本工程拟采用的汽轮机额定工况对应的背压为7.2 kPa，根据出力对热耗的修正曲线，当凝汽器背压高于此压力时，汽轮机出力将随之减少，为达到这一目标，因此采用较大的冷却水量、较大冷却塔面积和较大的凝汽器面积有利，本设计将充分考虑这个特点。

总上所述，推荐优化结果排名第六的42000 m2凝汽器，11000 m2冷却塔，冷却倍率为60倍的方案。

⑶配置自然通风冷却塔的循环水系统优化设计结果

通过循环水系统的优化计算，推荐循环水系统参数如下：

循环水系统采用单元制供水系统，每台机组配2台循环水泵，冷却塔面积11000 m2，设计冷却倍数60倍，凝汽器面积42000m2，循环水总管管径DN3200，循环水支管管径DN2400。

在频率10%气象条件下，冷却塔出水温度为31.75ºC，平均背压为8.94 kPa，不超过汽轮机满负荷运行时的最高允许背压11.80 kPa。在年平均气象条件下，计算冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为28.74ºC，平均背压约为7.50 kPa。

3.4.2 方案二：配置机械通风冷却塔的循环水系统优化设计

机械通风冷却塔配置方案的优化：设计工况凝汽量为1200 t/h，辅机冷却水量为2230 t/h，机力塔不同段数对应的单塔水量见表4。

表4 机力塔不同段数对应的单塔水量 单位：m3/h

根据以上参数资料，系统组成30个方案进行优化计算，冷却塔的热力计算采用焓差法[3]。计算结果前2位方案，在年平均气象条件下，根据不同组合的机力塔段数和倍率计算出各自的年费用(不包含循管、凝汽器)，机力塔前3名组合方案见表5。

表5 机力塔前3名组合方案

根据对循环水系统优化计算结果的分析比较，为节约初投资，考虑到机组的实际情况，本工程推荐循环水供水系统方案组合为：

机力塔风机电机配置功率N＝200 kW，塔段数M＝15，循环水倍率n＝66、凝汽器面积42000 m2、循环水管DN3200。该方案组合在年平均气象条件下，在年平均气象条件下，计算冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为28.8ºC，平均背压约为7.50 kPa。在夏季10%气象条件下，计算冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为32ºC，平均背压约为9.0 kPa。

4 两种方案比较

4.1 适用条件及优缺点

循环水系统配自然通风冷却塔及机械通风冷却塔适用条件及优缺点见表6。

表6 适用条件及优缺点对照表

4.2 年费用比较

循环水系统配置自然通风冷却塔的方案为冷却塔淋水面积11000 m2，冷却倍率为60倍；机力塔方案为机力塔风机电机配置功率N＝200 KW，风机直径Ø9750 mm，塔段数M＝15，冷却倍率n＝66。根据自然塔和机力塔各自的推荐组合方案，将各自的费用列入表7。

表7 自然塔与机力塔年费用比较

由表7看出，循环水系统配置自然通风冷却塔的方案比配置机力塔方案年费用多301万元。

5 结论

从上表的经济比较结果可以看出，由于电厂当地的气温及湿度都较高，选择自然塔的淋水面积会相对较大，造价相对较高，冷却塔出水温度亦相对较高，导致在各自优化组合的方案配置上，自然塔年费用大大高于机力塔。同时，自然塔的施工周期较长，结合印尼当地的施工水平，对于11000 m2的大型自然塔的施工难度会比较大。因此，综合上述几点原因，推荐循环水系统配置带机械通风冷却塔的方案更为适合本工程的实际条件。推荐的循环水系统配置方案为：机力塔风机电机配置功率N＝200 kW，风机直径Ø9750 mm，塔段数M＝15，循环水冷却倍率n＝66、凝汽器面积42000 m2，循环水管DN3200。该方案组合在年平均气象条件下，在年平均气象条件下，计算冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为28.8ºC，平均背压约为7.50 kPa。在频率10%的气象条件下，计算冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为32ºC，平均背压约为9.0 kPa。

[1] DL/T5339-2006，火力发电厂水工设计规范[S].

[2] GB/T50102-2003,，工业循环水冷却设计规范[S].

Optimization Design on the Cooling Tower Type Selection Elevated Temperature and High Humidity Area in Overseas

GAO Kun-hua
(ShanDong Electric Power Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

he article take the project of South Sumatra 4×600MW mine mouth power plant as sample , introduced the optimization of the circulating water system of the project in order to exploit the international market and do the foreign project better .Compared with technique and economy, it is economical and reasonable after using machanical-draft watercooling water instead of natural draft cooling water in the elevated temperature and high humidity area.The project provide the design experience for the similer condition area.

elevated temperature and high humidity area; circulating water system; cooling tower; lectotype; optimum design.

TM621

B

1671-9913(2010)06-0048-05

2010-10-30

高坤华(1965-)，女，高级工程师，主要从事电厂设计工作。