间冷塔方案论证方案.docx
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间冷塔方案论证方案
宁夏永利项目间接空冷系统冷却塔
配置专题报告
目录
1.项目概况4
2.区域自然条件及气象条件4
3.循环水系统基本配置及水质、水温9
4.主机特性参数10
5.散热器形式选型10
6.方案配置22
7.空冷系统的经济比较2
8结论及建议6
1.项目概况
本工程系新建性质。
本期建设规模为2×660MW，并考虑留有再扩建的可能。
电厂厂址位于宁夏回族自治区银川市所辖灵武市境内。
2.区域自然条件及气象条件
2.1地理环境条件
灵武深居大陆腹地，东边为毛乌素沙漠，西边隔黄河川道为腾格里沙漠，为典型的大陆性季风气候，属于寒冷地区，表现为降水少，蒸发大，日照充足，温差大，春季多风而干旱，冬季寒冷而漫长，夏季多偏南风，冬季多偏北风，年平均气温为8.3℃，极端最高气温为38.1℃，极端最低气温为-29.6℃，全年降水量为273.5mm，降水量集中在7、8、9三个月，这三个月降水量占全年降水量的64%。
厂址附近有灵武气象站和盐池气象站，灵武气象站位于电厂西北方向约56km处的黄河川道，海拔高度1115.9m，盐池气象站位于电厂正西约58km处的宁东灵盐台地上，海拔高度1347.8m，电厂海拔约1320～1330m。
虽然电厂距2个气象站距离相当，但盐池气象站与电厂海拔、自然地理环境更接近，故确定本工程常规气象条件采用盐池气象站观测资料统计。
间接空冷气象条件也采用盐池气象资料统计，但鉴于气象站无高空逆温探测资料，建议业主委托有资质的单位进行高空逆温探测专题分析。
盐池县气象站建站于1954年，是国家基本气象站，原址位于县城鼓楼南街城市中心地带，北纬37°47′、东经107°24′，海拔高度为1347.8m。
随着城市建设步伐的加快，气象探测环境受到影响，2002年经中国气象局批准，盐池县气象局搬迁至盐池县花马池镇长城村二堡自然村，北纬37°48′、东经107°23′，海拔高度为1349.3m，风速感应器距地高度为10.3m，型号为EZC-1。
经对比分析迁站前后气象资料可合并统计。
2.2基本气象要素统计值
根据盐池气象站40余年观测资料，统计得盐池气象站基本气象要素年值和月值见表2-1、表2-2。
表2-1盐池气象站基本气象要素年值统计表
项目
单位
数值
发生日期
累年年平均气压
hPa
866.0
累年年平均气温
℃
8.3
最大日温差
℃
30.4
1957.3.28
累年最热月平均气温
℃
22.8
累年最冷月平均气温
℃
-8.1
累年极端最高气温
℃
38.1
1966.6.21
累年极端最低气温
℃
-29.6
1954.12.12
累年平均水汽压
hPa
6.5
累年平均相对湿度
%
50%
累年年平均降水量
mm
273.5
累年最大一日降水量
mm
121.2
1999.7.13
累年年平均蒸发量
mm
2041.8
累年平均风速
m/s
2.6
累年最大风速
m/s
24
1962.2.21
累年最大积雪深度
cm
12
2001.4.9
累年最大冻土深度
cm
128
气象站观测场内
累年平均雷暴日数
d
18.8
累年平均沙尘暴日数
d
20.7
累年平均大风日数
d
12.3
年最多冻融循环次数
times
93
2004年
表2-2盐池气象站累年逐月气象要素统计表
月份
平均气压
（hPa）
平均温度
（℃）
平均风速
（m/s）
平均相对湿度（%）
平均降水量（mm）
平均蒸发量
（mm）
1
869.9
-8.1
2.3
49
1.9
43.3
2
868.1
-4.4
2.4
46
3.1
61.2
3
866.2
2.3
2.7
43
10.1
129.4
4
864.1
10.2
3.1
37
13.6
228.7
5
862.9
16.3
3.2
40
26.9
308.1
6
860.1
20.8
2.9
46
34.1
314.6
7
859.0
22.8
2.8
55
61.1
296.5
8
861.8
20.9
2.5
62
65.5
236.6
9
866.6
15.6
2.3
60
34.1
170.5
10
870.2
8.6
2.2
56
16.2
127.6
11
871.4
0.6
2.5
51
5.4
77.2
12
871.3
-5.9
2.5
50
1.5
48.2
平均
或合计
866.0
8.3
2.6
50
273.5
2041.8
2.3设计风速及风压
根据盐池气象站共55年历年最大风速资料系列，并将1970年之前的定时最大风速换算为自记最大风速，然后采用极值Ⅰ型法统计计算得：
五十年一遇10m高10min平均最大风速为25.4m/s，相应风压为0.40kN/m2；百年一遇10m高10min平均最大设计风速为27.2m/s，相应风压为0.46N/m2。
查《建筑结构荷载规范》，盐池气象站五十年一遇风压为0.40kN/m2，百年一遇风压为0.45kN/m2，本次计算结果与建筑结构荷载规范一致。
经现场踏勘分析，由于气象站处于县城周围，受周围建筑物阻挡，风速偏小，而电厂周围地势高耸开阔，按照《电力工程气象勘测技术规程》DL/T5158-2012，分析认为将气象站风速乘以1.05的系数作为电厂设计风速，即电厂五十年一遇10m高10min平均最大风速为26.7m/s，相应风压为0.45kN/m2；百年一遇10m高10min平均最大设计风速为28.6m/s，相应风压为0.51N/m2。
2.4五十年一遇最大积雪深度及雪压
根据盐池气象站共57年历年最大积雪深度，采用极值Ⅰ型法统计计算，求得五十年一遇最大积雪深度为12.6cm，相应雪压为0.15kN/m2。
查建筑结构荷载规范，盐池五十年一遇雪压为0.30kN/m2，为了安全起见，最终分析确定电厂五十年一遇雪压采用0.30kN/m2。
2.5三十年一遇极端最低气温及相应风速
根据盐池气象站共57年历年极端最低气温资料，进行P—Ⅲ型频率统计计算，求得三十年一遇极端最低气温为-30.1℃，相应风速为13.0m/s。
2.6累积频率为10%的气象条件
根据盐池气象站2006～2010年夏季（6、7、8月）逐日平均干球温度、相对湿度、平均风速、平均气压资料求得对应逐日平均湿球温度，将逐日平均湿球温度从大到小进行累积频率统计，求得累积频率为10%的日平均湿球温度为18.7℃，相应平均干球温度为24.9℃，相对湿度为56%，平均气压为859.7hPa，平均风速为2.1m/s；逐日对应值见表2-3。
表2-32006～2010年夏季累积频率为10%的湿球温度的对应值
年
月
日
干球温度
（℃）
相对湿度
（%）
平均风速
（m/s）
平均气压
（hPa）
2006
7
8
23.3
64
2.8
855.9
2006
7
19
23.3
64
1.3
860.0
2006
8
6
25.7
51
2.2
857.9
2006
8
16
24.4
57
2.1
859.2
2006
8
17
24.8
55
3.4
860.2
2007
8
6
22.7
69
1.9
857.9
2007
8
19
26.0
49
1.3
861.8
2007
8
20
26.7
46
1.6
862.7
2007
8
21
26.6
46
1.0
861.8
2008
8
6
23.9
61
3.7
858.9
2009
7
18
24.7
57
1.3
858.2
2010
7
16
26.2
49
2.3
859.7
平均
24.9
56
2.1
859.7
2.7空冷气象条件
盐池气象站2003年之前没有逐时气温资料，故本次根据该气象站最近八年（2003～2010年）的逐时气温及最近十年2001～2010年的风向风速实测资料进行空冷气象参数的分析统计，现将分析统计结果提供如下。
（1）典型年气温统计：
经计算年平均气温与最近十年的平均气温最接近的年份为2007年、2009年，与最近五年的平均气温最接近的年份也为2007、2009年，分别求得2007年、2009年逐时气温累积频率计算，取累积时数为200小时气温高者为最终典型年，最终选取2007年为典型年。
典型年（2007年）逐时气温累积频率统计见表3-1，其相应累积频率曲线图见图W-05；
表2-4盐池气象站典型年（2007年）逐时干球温度累积频率表
气温分级
出现
时数
累积
时数
累积频
率（%）
气温分级
出现
时数
累积
时数
累积频率（%）
35.9～35.0
0
0
0.0
5.9～5.0
222
5417
61.8
34.9～34.0
2
2
0.0
4.9～4.0
208
5625
64.2
33.9～33.0
7
9
0.1
3.9～3.0
212
5837
66.6
32.9～32.0
37
46
0.5
2.9～2.0
214
6051
69.1
31.9～31.0
57
103
1.2
1.9～1.0
223
6274
71.6
30.9～30.0
82
185
2.1
0.9～0.0
256
6530
74.5
29.9～29.0
106
291
3.3
-0.1～-1.0
205
6735
76.9
28.9～28.0
79
370
4.2
-1.1～-2.0
210
6945
79.3
27.9～27.0
118
488
5.6
-2.1～-3.0
191
7136
81.5
26.9～26.0
128
616
7.0
-3.1～-4.0
187
7323
83.6
25.9～25.0
163
779
8.9
-4.1～-5.0
150
7473
85.3
24.9～24.0
166
945
10.8
-5.1～-6.0
152
7625
87.0
23.9～23.0
189
1134
13.0
-6.1～-7.0
162
7787
88.9
22.9～22.0
217
1351
15.4
-7.1～-8.0
149
7936
90.6
21.9～21.0
207
1558
17.8
-8.1～-9.0
137
8073
92.2
20.9～20.0
212
1770
20.2
-9.1～-10.0
147
8220
93.8
19.9～19.0
227
1997
22.8
-10.1～-11.0
115
8335
95.2
18.9～18.0
272
2269
25.9
-11.1～-12.0
86
8421
96.1
17.9～17.0
293
2562
29.3
-12.1～-13.0
70
8491
96.9
16.9～16.0
269
2831
32.3
-13.1～-14.0
71
8562
97.7
15.9～15.0
254
3085
35.2
-14.1～-15.0
49
8611
98.3
14.9～14.0
264
3349
38.2
-15.1～-16.0
58
8669
99.0
13.9～13.0
253
3602
41.1
-16.1～-17.0
23
8692
99.2
12.9～12.0
261
3863
44.1
-17.1～-18.0
26
8718
99.5
11.9～11.0
228
4091
46.7
-18.1～-19.0
17
8735
99.7
10.9～10.0
225
4316
49.3
-19.1～-20.0
17
8752
99.9
9.9～9.0
240
4556
52.0
-20.1～-21.0
4
8756
100.0
8.9～8.0
212
4768
54.4
-21.1～-22.0
2
8758
100.0
7.9～7.0
204
4972
56.8
-22.1～-23.0
2
8760
100.0
6.9～6.0
223
5195
59.3
2.8设计温度
根据最新颁布的《火力发电厂水工设计规范DL/T5339-2006》（2006年10月1日实施，以下简称“水规”）9.8.2条规定：
设计气温宜根据典型年干球温度统计，可按5℃以上年加权平均气温法（5℃以下按5℃计算）确定。
本工程按5℃以上加权平均气温法考虑，根据典型年逐时干球温度累积频率表统计，设计温度为14℃。
夏季设计气温根据上述“水规”，取典型年气温最高小时数200h，根据气象站统计资料和典型年的气温累积统计资料，夏季设计气温为30℃。
3.循环水系统基本配置及水质、水温
本工程主机+给水泵排汽采用表凝式间接空冷系统，该系统由表面式凝汽器、循环水泵、散热器、自然通风空冷塔、循环水管等组成，散热器塔外垂直布置，一机一塔。
每台机组的凝汽器面积为40000m2，冷却倍率为50倍。
机组设计背压10.5KPa,循环水系统采用一机三台循环水泵，循环水管干管、支管管径为DN3000/DN2200。
3.1水质
循环水水质为除盐水，有关主要指标如下：
电导率（25℃）：
≤0.20μS/cm（标准值）
二氧化硅：
≤20μg/L（标准值）
PH:
6～8
3.2水温
循环水正常运行水温为20～68℃。
4.主机特性参数
表4-1参考主机主要特性数据表
项目
单位
设计工况
考核工况
主汽轮机排汽量
t/h
1060.502
1083.132
主汽轮机排汽焓
KJ/kg
2414.7
2528
小机排汽量
t/h
125.6076
148.5468
小机排汽焓
KJ/kg
2527.1
2622.5
（1）冷却水系统需水量
根据本工程对间接空冷系统优化结果，循环水冷却倍率50倍较优。
2×660MW空冷机组循环水量见表4-2。
表4-2冷却水量表
机组容量
（MW）
主机TMCR工况凝汽量+给水泵
凝汽量（t/h）
循环水量
（m3/h）
1×660
1×1186.11
59305.5
2×660
2×1186.11
118611
（2）间接空冷系统设计气象条件
本工程间接空冷系统设计气象条件如下表4-3所示：
表4-3间接空冷系统设计气象条件
设计工况干球温度
℃
14
考核工况干球温度
℃
30
设计工况大气压
hPa
886
考核工况大气压
hPa
859.7
设计工况相对湿度
100%
0.5
考核工况相对湿度
100%
0.56
10m高环境风速
m/s
4.00
5.散热器形式选型
间接空冷系统是将冷却汽轮机排汽热量的中间介质——循环冷却水送入由翅片管束组成的冷却器内，由横掠翅片管外侧的空气进行冷却的空气对流冷却系统。
空冷散热器作为主要元件在整个传热过程中起到至关重要的作用，并且其造价也在间冷系统总造价中占据相当比重，因此本专题对工程中常用散热器技术特点进行分析,并根据本工程特点进行散热器管型优选。
5.1散热器管型介绍
根据散热器所采用的材质,可将其分为铝制散热器和钢制散热器两类，其中铝制散热器又可分为四排管和六排管两大类，钢制散热器又可分为钢管钢翅和钢管铝翅片两大类。
1）铝制散热器：
铝制散热器以FORGO型散热器为代表进行说明，又称板片式翅片管，如下图所示：
图5－1铝制翅片管
铝制散热器换热元件采用全铝制，具有良好的导热性和防腐性。
间接空冷系统中常见的冷却三角为自支撑单元，支撑为一个刚性的热镀锌钢框架，框架的截面为三角形。
热交换柱即铝制散热器管束放在两侧，第三侧为进气侧。
进气侧安装有电动百叶，起到防冻保护和控制气体流量的作用。
冷却元件的每端有管板，采用O型环密封。
冷却三角放置在刷过漆的碳钢支腿（冷却三角支撑）上，支腿焊接在基板上。
冷却三角的顶部锚固在冷却塔钢结构上。
早期铝制散热器采用六排管，基管管径约18mm，壁厚0.75mm，翅片间距2.88mm，翅片厚度0.35mm，翅化系数约83左右。
随着技术不断进步以及机组规模不断增大，原有6排管管型双流程运行时水阻过大，单流程运行时散热性能又会有所降低。
为适应大规模间接空冷机组的冷却特点，开发出的四排管管型，与六排管相比，基管管径调整为25mm，壁厚调整为1.0mm，翅片间距调整为3.2~3.8mm，翅片厚度调整为0.3mm，翅化系数约60~70左右。
管径加大，降低了水侧阻力，翅化系数降低，减少了气侧阻力，新管型强化气侧换热效果的同时减少了铝材用量，在价格上也有一定的优势。
为了适应机组规模加大,冷却水量加大,出现新型六排管,其基管同四排管，基管管径约25mm，壁厚1mm，翅片间距约4mm，翅片厚度0.35mm，翅化系数约91左右，加大了翅片间距，总的翅化系数比四排管高，在同等迎风面积下水侧阻力比普通基管18mm的六排管和基管25mm的四排管都减少了，同时由于翅化系数的提高，冷却塔的迎风面积减少，可减小间冷塔的底部直径，同时由于加大了翅片间距，抵消了增加管排数引起的气侧阻力变化，因此同四排管相比在同样的散热负荷下，会出现采用新型六排管的散热总面积加大了，间冷塔底部直径减小，高度降低。
2）钢制散热器
工程上常用的钢制散热器有钢管钢翅片和钢管铝翅片两种。
直冷系统一般采用单排管或3排管，既有钢管钢翅又有钢管铝翅；间冷系统较多采用钢管钢翅4排管型式，椭圆基管外径36X14mm，壁厚1.5mm，翅片尺寸54X34mm，厚度0.3mm，翅片间距2.5mm，每片散热器管束尺寸2424X204X12500mm。
下图所示为典型的小管径的热浸锌椭圆管绕椭圆翅片管。
图5-2热浸锌椭圆管绕椭圆翅片管
低碳钢热交换器必须有一层防腐层，目前广泛采用的是热镀锌表层保护。
钢制和铝制散热器细部结构如下图所示：
铝翅片
钢翅片
热流方向
热流方向
全铝
钢管
图5-3钢制和铝制散热器剖面结构草图
虽然从材料的导热特性来看，铝〉锌〉低碳钢，但由于碳钢管在材料强度上有优势，可以通过降低翅片厚度来增加换热效果。
由于钢制散热器具有强度高、防冻性能好的优点，在许多工程中得到应用。
其技术特点分析详见表5-1。
表5-1冷散热器技术特征及优缺点的比较
No.
内容
钢管钢翅片
（4排管）
铝管铝翅片
（6排管，基管18mm）
铝管铝翅片
（4排管）
铝管铝翅片
（6排管,基管25mm）
1.
基管/翅片形状
椭圆
圆管方翅片
圆管方翅片
圆管方翅片
2.
基管直径（mm）
36*14*1.5
18*0.75
25*1
25*1
3.
翅片管加工工艺
缠绕（带预应力），热浸镀锌
大套片
大套片
大套片
4.
翅片尺寸（mm）
54*34*0.3
150*2400*0.3
133*2666*0.3
200*2666*0.3
5.
翅片厚度（mm）
~0.3
~0.3
~0.3
～0.3
6.
翅片间距（mm）
2.5
2.88
3.2~3.8
~4.0（标称）
7.
管束间连接方式
焊接
橡胶圈密封连接
橡胶圈密封连接
橡胶圈密封连接
8.
换热效率
水侧换热效果较铝管差，气侧换热效果优于6排管铝制散热器，整体换热性能比铝制6排管略优
由于板翅片的特殊设计（槽/凸齿片）对于低空气流速情况可以适用
由于板翅片的特殊设计（槽/凸齿片）对于较高空气流速情况可以适用，且气侧热交换效率很高，换热效率高
由于板翅片的特殊设计（槽/凸齿片）对于较高空气流及大机组容量,冷却水量情况可以适用，且气侧热交换效率很高，换热效率较高
9.
抗冻性能
材质强度高，且椭圆形管子受压可以进行形变（变圆），防冻性能较好。
防冻性能较弱，冬季防冻问题较突出
基管管径较六排管大，可以采用较高流速，防冻性能较好
基管管径较普通六排管大，可以采用较高流速，防冻性能较好
10.
化学水处理要求
全钢系统，对循环水水质要求相对较低
钢铝复合系统，对循环水水质要求相对较高
钢铝复合系统，对循环水水质要求相对较高
钢铝复合系统，对循环水水质要求相对较高
11.
抗脏污环境的能力
椭圆形钢管尾流区小，不易积灰
采用整体板翅片，易冲洗
采用整体板翅片，易冲洗
采用整体板翅片，易冲洗
12.
清洗水压力（m）
结构更坚固，能耐受高压水清洗（120左右）
一般小于80
一般小于80
一般小于80
13.
施工与安装
重量较重
重量轻，便于安装和支撑
重量轻，便于安装和支撑
重量轻，便于安装和支撑
14.
防腐性能
钢翅片表面需镀锌保护层，厚度约70µm；机组停运时一般应配备充氮系统进行保护
气侧和水侧的表面都采用稳定的铝-氧化层保护覆盖
气侧和水侧的表面都采用稳定的铝-氧化层保护覆盖
气侧和水侧的表面都采用稳定的铝-氧化层保护覆盖
15.
使用寿命
5-10年后热镀锌层开始损耗，有锈蚀可能，但仍满足寿期要求。
正常使用，可满足设计寿命。
正常使用，可满足设计寿命。
正常使用，可满足设计寿命。
铝管铝翅片四排管和普通六排管散热器相比,通过优化翅片间距，大大减小了气侧阻力，提高了迎面风速，换热能力大幅增加；并通过优化冷却管束直径和数目，水侧阻力大大降低。
新管型强化气侧换热效果的同时减少了铝材用量，在价格上也有一定的优势。
新型六排管基管同四排管，加大了翅片间距，总的翅化系数比四排管高，冷却塔的迎风面积减少，可减小间冷塔的底部直径，同时由于加大了翅片间距，气侧阻力没有明显增加，因此同四排管相比在同样的散热负荷下，会出现采用新型六排管的散热面积加大了，间冷塔底部直径减小，高度降低。
由于新型六排管基管管径同四排管管径，在同等迎风面面积下水侧阻力比四排管大大降低，可减小循环水泵的设计杨程，减少系统耗电量。
综上所述，本专题通过采用铝管铝翅片四排管散热器和新型六排管（基管25mm）进行技术经济比较，以实现本期工程最佳的配置方案。
6.方案配置
本专题通过散热器采用铝管铝翅片四排管散热器和采用新型六排管（基管25mm），冷却塔采用钢筋混凝土塔结构一机一塔、两机一塔进行技术经济比较，以选择本工程间冷系统最佳的配置方案。
现将各方案用表格形式介绍如下：
表6-1间冷系统配置方案一览表
项目
方案一：
方案二：
方案三：
一机一塔，
采用四排管
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