火力发电厂冷却塔选型发展动态Word下载.docx

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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。

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

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20m，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

SchwarzePumpePowerStation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141m,进风口高度7.3m，冷却塔0m直径104m，烟气塔内出口流速18m/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15m，烟气入塔温度65℃，入塔烟道直径6.5m。

由于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。

ZehnJahreSteinkohlekraftwerkRostock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170000m3/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