(1) 核电机组循环水量巨大, 对于1 000MW级及以上的核电机组, 一般单台机组水量均大于45m³/s, 冷却塔塔型一般选用逆流式自然通风冷却塔, 调研显示国外已建的核电机组绝大多数都采用这种塔型, 较少横流塔;因此, 结合应用现状, 建议塔型按常规逆流塔和高位收水逆流塔2种塔型进行优选。

　　 (2) 对于带冷却塔的核电机组冷却水系统, 国际上主要有三大类配置方案, 即1机1塔 (自然塔) 、1机2塔 (自然塔) 、机力塔或混合塔, 其中机力塔或混合塔的适用条件比较特殊, 应用较少;对于我国正在规划设计的带冷却塔的核电机组, 建议按1机1塔 (自然塔) 、1机2塔 (自然塔) 的方案进行优选。

　　 (1) 冷却塔配置应以整体经济最优为目标, 即在技术经济必选论证过程中, 结合循环水泵耗功、微增功率、冷却塔造价等多种因素, 采用年费用最小法进行整体的技术经济比较。

　　 (2) 通过空气动力、热力计算, 得到塔体关键部位尺寸控制范围及比例范围内的不同淋水面积塔型的出塔水温值。

　　 (3) 根据塔体关键部位尺寸、塔筒曲线进行结构计算及工程量计算, 综合考虑施工费用及其他费用, 得到不同淋水面积冷却塔的造价。

　　 (4) 采用年费用最小法进行冷端系统优化, 结合循泵耗功、微增功率、冷却塔造价得到总费用排名, 确定经济较优方案及相应的淋水面积、出塔水温、凝汽器背压等参数。

　　 (5) 根据冷端优化确定的淋水面积, 在塔体关键部位尺寸控制范围内调整总高度、底部直径、喉部直径与高度、塔出口直径与高度、进风口高度、填料布置高度等参数, 得出一系列塔型。通过空气动力、热力计算, 在这一系列塔型中筛选出满足冷端优化对应冷却任务的塔型方案。

　　 (6) 采用年费用最小法, 结合循泵耗功、冷却塔造价 (塔体、塔芯材料、地基处理等) 得到年总费用排名, 确定经济最优方案。

　　 塔型优化工艺流程如图1所示。

　　 淋水密度q是指单位时间内通过单位面积淋水填料的水量。淋水密度愈小, 冷却难度相对减少, 冷却效果相对比较容易实现, 但冷却塔的占地面积、投资会相应增加;淋水密度愈大, 冷却难度加大。

　　 根据调研, 国外冷却塔的淋水填料、喷溅装置、除水器等产品性能相对较优, 这导致国产淋水部件可承担的淋水密度普遍小于国外;但是, 随着近几年国内冷却塔技术研发的不断进步及塔芯材料生产能力的提高, 这种差距也在逐步缩小。早期, 受塔型优化和国产淋水填料热力性能的限制, 国内逆流式双曲线自然通风冷却塔的淋水密度设计值大都采用5~8m³/ (m²·h) , 但近几年其设计值也在逐渐提高, 如2000年建成的上海吴泾电厂2座淋水面积9 000m²的自然通风冷却塔, 其平均淋水密度为8.24m³/ (m²·h) , 且运行冷却效果良好。

　　 国产淋水填料和配套的喷溅装置、除水器等产品, 其性能已大幅度提高, 只要严格控制产品质量, 国产淋水填料的淋水密度达到9~10m³/ (m²·h) 是可以做到的。

　　 冷却塔的冷却散热能力与淋水填料的体积、过流风速 (通风量) 密切相关。大型冷却塔的塔高相对较高, 其塔内空气抽力也比常规塔要大, 这使得淋水填料可以承担更大的空气阻力;因此, 在外型尺寸确定的情况下, 为更大效率的发挥大塔的冷却性能, 可适当提高淋水填料过流方向上的布置高度, 即扩大淋水填料的体积。

　　 对比试验及数模计算表明, 对于大型冷却塔, 淋水填料布置高度在2.0m范围内变化时, 随着填料高度的增加, 其出塔水温会降低, 这表明其冷却能力是提高的;其中淋水填料增高0.25 m, 大致相当于淋水面积1 000m² (~5.6%) 面积产生的冷效;填料布置高度大于2m时, 出塔水温有的不降低, 有的甚至增高, 这表明随淋水填料提高到一定程度, 通风阻力增大导致通风量减少所带来的负效应会大于填料高度增加带来的正效应。因此, 对于大型冷却塔, 淋水填料的布置高度可在2m范围内优化。

　　 进风口高度对冷却塔的气流阻力、塔内气流分布、通风量等影响较大, 且同时影响循环水泵的静扬程, 其优选对冷却塔设计尤为重要。

　　 对于自然通风冷却塔, 其进风口高度的取值往往通过“进风口面积与塔底壳面积比”这个参数来实现。对比试验及数模计算表明, 进风口面积与塔底壳面积比小于0.3时, 塔内风速分布恶劣程度加剧迅速, 不利于冷却能力的提高;对于核电大塔, 确定冷却塔进风口高度时, 进风口面积与塔底壳面积比不宜小于0.3, 建议在0.3~0.5优选。

　　 20世纪70年, 法国电力公司和比利时哈蒙冷却塔公司联合设计出1种能降低冷却塔供水高度的节能型冷却塔, 即逆流式自然通风高位收水冷却塔具体收水装置如图2所示, 并在法国几个1 300 MW内陆核电站上投入使用。

　　 高位收水冷却塔取消了常规塔底部的混凝土集水池及雨区, 配有高位收水装置, 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, 即静扬程较少了, 具体高位收水塔与常规塔静扬程差异对比如图3所示。

　　 冷却塔规模越大, 高位收水塔节约的扬程就越多, 如淋水面积24 000m²常规自然通风冷却塔, 其雨区自由跌落高度约为18.6m, 而相同冷效的高位收水塔, 其自由跌落高度仅为3.5 m, 二者相差的1 5.1 m就是节约的静扬程。对于核电工程, 建议按常规塔和高位收水塔2种塔型优化。

　　 以某AP1000核电机组冷却塔配置与塔型优化设计为例进行了试算, 其中冷端优化按1机2塔 (常规塔) 、1机1塔 (常规塔) 、1机2塔 (高位塔) 、1机1塔 (高位塔) 4种模式分别进行优选, 4种模式的优选结果见表1。

　　 从综合经济性看, 1机2塔 (常规塔) 方案年费用最低, 1机1塔 (高位收水塔) 次之, 但两者差别并不明显, 在综合经济性上基本相当。综合考虑“占地面积、外界侧风、塔群效应影响、水汽飘滴及雾羽扩散”等因素, 建议采用1机1塔 (高位收水塔) 方案。