某火电厂厂址位于江苏省苏南地区,累年平均气温15.2℃,拟建设2×1 000 MW二次再热超超临界燃煤机组。根据厂址条件及相关政策,项目拟采用带冷却塔的循环供水系统。经过循环水系统优化计算,按照冷效相当原理,每台机组配1座淋水面积约为13 000 m²的常规塔或1座淋水面积约为11 000m²高位收水塔,填料高度均为1.5m。

　　 目前在火电厂中最常见的大型冷却塔为逆流式自然通风冷却塔(简称常规塔),其广泛应用于我国各地。常规塔一般以淡水作为冷却介质,经凝汽器换热后的高温循环水通过竖井送入塔内热水分配系统,经配水管及喷淋装置,将水洒到填料上,在淋水填料表面形成水膜,与冷空气进行换热后形成雨状自由跌落至下部集水池^[1] ,再输送至循环水泵房。

　　 高位收水塔与常规塔最大区别在于其收水技术。高位收水塔取消了常规塔底部的混凝土集水池及雨区,配高位收水装置,冷却后的循环水在淋水填料底部经高位收水装置截留汇入集水槽至循环水泵房进水间,其他的配水系统、填料层、除水器与常规塔类似^[2] 。高位收水塔具有节能和低噪声的优点。

　　 冷却塔静扬程(竖井水位与集水池水位差)可分为2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塔与高位收水塔而言,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,它们的静扬程差异在于自由跌落高度的差异。高位收水塔减少了雨区自由跌落的高度,即减少了循环水泵的静扬程,这是其节能的关键,如图1所示。高位收水塔无论冷却塔的大小,其静扬程基本不变,而常规塔的静扬程与塔面积大小正向相关,故常规塔淋水面积越大,同等冷效的高位收水塔节约的循泵扬程就越大。

　　 超大型常规自然通风冷却塔(淋水面积大于10 000m²)进风口处的噪声约86dB,其自由跌落和非自由跌落的淋水声是噪声的主要来源。高位收水塔自由跌落高度仅为常规塔的25%左右,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内,故其噪声可降低8~10dB。

　　 冷效基本相当的常规塔和高位收水塔的主要塔型参数见表1。

　　 常规塔以搁置式填料为多,其对严寒天气的适应性较强,使用限制较少。为最大程度地减少非自由跌落的高度,高位收水塔采用悬挂填料,其收水装置也采用悬挂结构。该类结构要求厂址位于基本不存在冰冻危害的南方地区,不大量结冰对高位收水塔的悬挂填料、收水装置及悬吊结构非常有利。本项目厂址位于江苏省苏南地区,累年年平均气温15.2℃,高位收水塔与常规塔均是适用的。

　　 与配置常规塔相比,配置高位收水塔的循环水泵选型、泵房布置、循环水沟布置均需适应进水间高水位布置或进水间承压布置的要求。此外,高位收水塔需要维持冷却塔集水槽的高水位运行,补给水系统的要求也较高。常规塔与高位收水塔相关系统主要配置如表2所示。

　　 高位收水塔静扬程较常规塔低,相应的节能减排效益是相当可观的,见表3、表4。

　　 本工程2座冷却塔竖向布置于厂区西侧。如采用高位收水塔,其塔进风口距厂界最近处约73m;如采用常规塔,其塔进风口距厂界最近处约69m。

　　 冷却塔区域是厂区内主要的噪声源之一,噪声主要为以中高频成分为主的淋水噪声。据批复的《环境影响评价报告书》^[3] ,厂界执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348-2008)中的3类标准,即昼间65dB,夜间55dB。《环境影响评价报告书》按高位收水塔侧噪声值76dB预估厂界最不利处噪声值为53.5dB,厂界无噪声超标现象。如项目采用常规塔,按其进风口侧噪声值86dB预测厂界部分段噪声超标,需在冷却塔西侧厂界处加设一段隔声屏障,长700m、高10m。

　　 常规塔的设计、建造、塔芯材料生产等方面已达到100%的国产化,且积累了丰富的设计、建造和运行经验。高位收水塔在国外已有成熟的经验,但在国内的设计、部件制造、施工和运行的经验还相对有限。区别于常规塔建造方式,已经投产的万州、安庆项目均由哈蒙公司完成塔型基本设计及塔芯部件的供货和安装,国内设计院和施工单位分别完成土建部分的施工图设计和施工。上述两个项目的建造经验表明,高位收水塔对塔芯材料的质量、施工精度和检修要求都较高,尤其是对土建施工精度提出了较高的要求。相比国内成熟的常规塔运行经验,高位收水塔的运行经验则比较有限。高位收水塔运行主要依靠通过恒定流和瞬变流水力计算预测来确定冷却塔的操作运行规程。由于高位收水塔节能的关键是维持集水槽高水位运行,实际运行时需要确保补给水系统稳定、可靠运行。

　　 表5为两种塔型及相关的循环水系统可比较项经济比较情况。

　　 高位收水塔与常规塔相比,初投资高出部分主要是高位塔的塔芯材料,相关系统的土建费用大体相当。

　　 表6为两种塔型及相关的循环水系统年运行费用比较情况。

　　 表7为两种塔型及相关的循环水系统投资回收年限比较情况。

　　 高位收水塔的主要功能是节能,其节能费用与电价和年发电小时数密切相关,表8、表9分别为针对电价和发电利用小时数的敏感性分析。

　　 通过对常规塔与高位收水塔的技术及经济比较,可得出如下结论:①对于本工程,常规塔方案与高位收水塔方案在技术上均可行。②常规塔技术成熟,投资较低,安装、运行简单,管理方便。③高水收水塔通过减少雨区的跌落高度降低循环水系统静扬程,具有明显的节能和降低噪声的优势,且具有良好的社会效益。④高位收水塔与常规塔相比,虽然投资相对较高,但循环水泵功率可降低30%以上,按不含税上网电价计算,年运行费用较低,经济性较好。综上,鉴于高位收水塔节能效果明显、噪声较低,本工程可以采用高位收水塔。