高位收水冷却塔在神华万州工程的应用PPT课件

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1、 项目创新 为了实现创一流的目标，万州港电公司技术人员调研国内外同类型机组应用的最新前沿技术，结合本工程特点，提出了国内领先的10大技术创新与控制工程造价措施，充分进行了专题论证，实习了系统最优，主机参数（机侧28MPA/600/620）国内最高。其中一项创新为采用节能降噪效果显著的高位收水冷却塔。 高位收水冷却塔 高位收水冷却塔技术可有效地减少循环水泵的静扬程并降低冷却塔淋水噪音，相比常规冷却塔每台机组循泵电动机功率减少约3400KW，噪音可减少约8-10dB(a)，从而大幅降低运行电耗及噪音治理费用。 通过比较，采用高位收水冷却塔后，两台机组循环水系统综合投资比常规塔系统虽高约7722万元

2、，但年运行费用可降低991万元。第1页/共36页3第2页/共36页1、概述 万州港电公司建设21000MW超超临界燃煤机组拟采用带冷却塔的循环供水系统，因循环水量大，优化配置的超大型常规逆流式自然通风冷却塔静扬程较高，循环水泵电耗较大，循环水系统的运行费用较高，而其由于雨区高度较高，其产生的噪声也较大。 经调研收资，国际上开发了一种节能、降噪的新型自然通风冷却塔，即高位收水冷却塔，这种冷却塔最早由哈蒙公司提出，并在法国几个1300MW内陆核电站投入使用，国内蒲城电厂2330MW机组首次采用了哈蒙公司的高位收水冷却塔技术，目前国内几个核电项目也在对该技术的应用进行论证研究。高位收水冷却塔技术可有

3、效地减小循环水泵的静扬程，从而节约耗电和降噪，是目前超大型冷却塔技术的发展方向之一。第3页/共36页2、常规自然塔与高位收水塔的基本型式 常规自然塔的基本型式 在常规逆流式自然通风冷却塔中，热水由管道通过竖管（竖井）送入塔内热水分配系统，经配水管再通过喷溅装置，将水洒到填料上；经填料后成雨状自由跌落入至下部集水池，冷却后的水抽走重新使用。这种型式的冷却塔称为简称常规塔。第4页/共36页 采用常规冷却塔的循环供水系统示意图第5页/共36页 高位收水塔的基本型式 高位收水塔发展概况 由于常规塔的冷却水经填料自由跌落的高度（即雨区）较大，导致常规塔供水高度较高，故循环水泵扬程较高、功率较大。为减少循

4、环水系统电耗，在本世纪70年代末，由法国电力公司和比利时哈蒙冷却塔公司在常规塔的基础上设计研究出一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，并于上世纪80年代初期开始在工业中采用（主要用在核电站中），最近投运的项目在1993年，目前均运行良好，其后因欧美核电基本处于停滞阶段，很少有新项目投运，高位收水冷却塔国外主要业绩见下表。第6页/共36页用户名称用户名称法国电力公司法国电力公司法国电力公司法国电力公司项目地点项目地点法国贝尔维尔法国/舒兹Chooz)法国塔及戈尔费什NogentsurSeine完工时间完工时间1987198719912003电厂类型电厂类型核电核

5、电核电核电装机容量装机容量2*1300MW2*1450MW2*1300MW无资料冷却塔尺寸冷却塔尺寸（高（高* *底径）底径）165*147.9米172*147米178.5*132米165*147.9米流量流量167400 m/h174060 m/h180000 m/h138780 m/h进水温度进水温度/ /出水温出水温度度/ /湿球温度湿球温度34/21.5/9.035/21.5/9.033.78/22.06/9.036/23.4/9.0结构形式结构形式混凝土混凝土混凝土混凝土填料类型填料类型Coolfilm SNCSCoolfilm SNCSCleanflowTR40V第7页/共36页蒲

6、城电厂一期2330MW工程为解决湿陷性黄土地区建常规冷却塔水池地基处理费用高、也存在一定技术风险等问题，采用了底部无水池的高位收水冷却塔，由于为国内仿造，在设计、部件制造、安装等方面均有较多缺陷，故该工程至今仍为国内唯一具有高位收水塔投运业绩的工程。 近年来随着大容量的1000MW火电机组及内陆核电机组的增多，所配超大型冷却塔面积达到1200020000m2，加之燃料费用不断升高，高位塔的优势逐渐突显，国内（特别是西南院）对高位塔的应用研究已悄然展开。 此外，国内江西彭泽核电站也拟采用高位收水冷却塔，该项目在2009年已与哈蒙公司签订合同，拟建高位收水自然通风冷却塔，塔高达215m，并已由哈蒙

7、公司与国核院合作完成设计工作，该塔建成后将成为世界上最高的冷却塔。第8页/共36页彭泽核电站215m高位收水塔设计图第9页/共36页高位收水塔淋水、集水单元示意图第10页/共36页 高位收水塔基本型式 与常规塔相比，高位收水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，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，再经过循环水泵升压后送回主厂房循环冷却使用，附属配水系统、淋水装置、除水器与常规塔相似。 常规自然通风冷却塔，由于风速影响及水池的消能作用，通过填料后的水流自由跌落（即雨区）至集水池所产生的动能被全部损耗，同时产生很大的噪音。高位收水冷却塔通

8、过填料下端的收水斜板和收水槽，将水汇集到高位集水槽。高位集水槽水面到填料底部的高差远小于常规逆流式自然通风冷却塔雨区的高度，即高位收水冷却塔从填料底部通过收水斜板及收水槽损失的能量远小于常规塔雨区损失的能量，相应产生的噪声更小。节能、低噪声，这就是高位收水冷却塔的生命力所在。第11页/共36页 采用高位收水冷却塔的循环供水系统示意图第12页/共36页3、高位收水塔及其循环水系统 与采用常规冷却塔及其循环水系统相比，采用高位收水冷却塔及其循环水系统在工艺布置、功能及系统配置、运行、投资等方面有以下特点： 高位收水塔工艺布置特点 采用高位收水技术 用高位收水装置及集水槽取代常规自然塔底部集水池。收

9、水装置包括收水斜板和收水槽二部分，收水装置安装高度约3m，安装于进风口与填料之间。淋水填料上部的配水系统、除水器布置与常规逆流式自然通风冷却塔一致。集水槽与常规自然塔底部集水池有很大差别，后者为水面大，水深浅的宽浅型水池，而高位收水塔集水槽恰恰相反，是水面很小，水深很深的窄深型水池。第13页/共36页第14页/共36页 采用吊装技术，安装要求高 由于增加了高位收水装置，为尽可能降低塔芯高度，通常采用吊装技术。由于配水管、填料、收水斜板、收水槽均需吊装，吊装安装要求很高。考虑其荷载较大，对吊装材料的可靠性要求非常高。第15页/共36页 塔体主要尺寸 在冷却效果相同的情况下，高位收水塔的总高度及直

10、径等主要尺寸较常规塔基本相同，主要差异为进风口高度增加，以及由此引起的填料层位置上移而使淋水面积稍有减少。序号序号项目项目常规塔常规塔高位收水塔高位收水塔1有效淋水面积（有效淋水面积（m2）13500130002淋水面直径（淋水面直径（m）134.334132.8093淋水填料高度（淋水填料高度（m）2.02.04进风口高度（进风口高度（m）12.214.55喉部直径（喉部直径（m）79.3579.356喉部高度（喉部高度（m）160.17160.177冷却塔总高（冷却塔总高（m）201.0201.08供水高度（供水高度（m）17.67.8第16页/共36页 高位收水塔功能特点 节能 冷却塔供

11、水扬程（竖井水位与集水池水位差）可分为二部分，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自然塔与高位收水自然塔而言，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，因此静扬程差异就在于自由跌落高度的差异。高位收水塔是一种节能型冷却塔，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，自由跌落区减少的高度等于循环水系统节约的水头，即循环水泵减少的静扬程。其主要的特点是无论冷却塔的大小，其供水几何扬程基本不变（约68m），而常规塔的几何扬程与塔大小有关（约1322m），机组容量越大，配的常规冷却塔越大，高位收水塔节约的扬程就越多，其经济型越显著。第17页/共36

12、页第18页/共36页 低噪声 根据相关研究及试验证明：所有的大型常规自然通风冷却塔的进风口处的噪声均接近8286dBA，是最为显著的噪声源。而淋水声又是冷却塔噪声的主要来源。从高空下落的冷却水与集水池中的水撞击而产生淋水噪声。整个过程是高处的冷却水在重力的作用下势能转化为动能，当下落到与集水池里的水撞击时，其中一部分动能便转化为声能进行传播。水的自由跌落高度越高，产生的噪声也越大。高位收水塔自由跌落高度仅为常规自然塔自由跌落高度的26.5，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，因此噪声排放非常低，通常可降低约810分贝。第19页/共36页 综合换热性能更优 冷却塔换热的主要区

13、域是淋水填料区域，雨区的换热仅为全塔换热的一小部分。高位收水冷却塔的雨区相对常规塔短，换热能力较常规塔减少约3。冷却塔阻力中，雨区的阻力占40左右，高位收水冷却塔雨水较短，减少了雨区通风阻力，但由于增加了高位收水设施，收水斜板的设置阻挡了部分进风面积，又增加了一定的进风通风阻力。 由于高位塔增加进风口高度时其供水高度不变，故高位收水塔的进风口高度一般比常规塔要高些，塔进风阻力较常规塔减小，塔内风速有所提高，冷却塔换热效果好。同时，高位收水塔内进风更均匀，塔内中心区域与外圈进风温度基本一致，改善了冷却塔的冷却效率，综合比较来看，相第20页/共36页同塔型参数（塔总高度、零米直径、出口直径、喉部直

14、径和高度均相同）的高位收水塔出水水温较常规塔低0.30.4（相同填料时）。 循环水系统配置及布置特点 高位收水冷却塔的核心是节能，即尽可能减少雨区自由跌落的高度，维持冷却塔集水槽的高水位运行。因此，与配置常规自然通风冷却塔的循环水系统相比，配置高位收水冷却塔的循环水系统的主要有以下特点： 1）循环水泵扬程低。 2）循泵房进水间高水位布置。 3）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要求。第21页/共36页4、循环水系统运行 启动控制 由于高位收水塔集水槽以上配水区域不能提前充水，循泵运行初期，循环水必需先流经配水区域后方可回到集水槽，形成循环。 从循环水进入配水区至流出期

15、间，集水槽内水量将快速减少（循泵流量远大于补水流量）。由于集水槽和循泵房进水间水体表面积较小，因此水位下降很快，为防止水位下降导致水泵产生汽蚀，启泵前需先对系统充水，确保循环水泵启起动的水位降低后仍能满足水泵最小淹深要求。 万州港电公司对循环水系统循环水泵房进水间在启动过程中的水位降及事故停泵水锤进行了核算，根据高位收水塔和循泵房的布置，循环水系统充水到15.00m时，剩余塔竖井空间和配水槽、配水管、淋水填料的充水第22页/共36页容积约5800m3/塔。按一机三泵的配置计算，第一台循泵启动时，在循环水泵启动后约500S后冷却塔出水才能完全流至进水间，同时考虑补充水泵流量3000m3/h，集水

16、槽、进水间面积约725m2计，此时间段内进水间水位下降约7.1m，按启动前进水间充水至15m计，启动后的最低水位约7.9m，距水泵最低运行水位2m还剩余5.9m，故循环水泵按1机3泵配置，启动时按先充水至15m，再单泵启动，可满足安全启动的需要。 公司为进一步提高安全性，在循环水系统实际运行时，计划先将冷却塔调整为外围配水状态，启动一台循泵，此时最大水位降约为3.8m，待水位恢复到正常水位14.2m时再启动第二台泵，这样具有更高的安全性。 补水系统的要求及设置 运行中维持集水槽高水位是体现节能的关键。即既能维持稳定的高水位运行，又可控制溢流，减少浪费。要维持高水位运行的关键就在于设置第23页/

17、共36页中 央 配 水 井 布 置第24页/共36页分 区 配 水 方 式第25页/共36页合理的补水系统，及时补水。另一方面，由于集水槽面积小，贮存的循环水容积小，而循环水系统蒸发、风吹、排污损失水量损量大，如补水系统故障或补水不及时，集水槽水位可能下降很快，迅速增加循环水泵静扬程，导致循环水量大幅减少，严重时可能导致循泵淹深不足，不能运行而停机。 高位收水塔集水槽与进水间总的表面积约725m2，而循环水系统最大损失水量约1835m3/h，如果补水系统因故停止补水二个小时，进水间水位将下降约4.7m，导致循环水泵出力减少，机组背压升高。如停止补水时间超过4小时，进水间水位下降9.4m，导致循

18、泵出力更为减少。因此，可靠性高的补水系统对高位塔循环水系统特别重要。 万州港电公司一期循环水系统夏季10最大补充水流量为3678m3/h。第26页/共36页补给水设计有两个来源，其一为净水站三台循环水补充水泵（二运一备，夏季补充水量3250m3/h，约占全部补水的88），其二为工业水回水（回收水量428m3/h，约占全部补水的12）。两个补充水源中，工业水系统随机组运行而运行，工业回水的可靠性与机组等同，净水站三台循环水补充水泵水源为经净水站处理的长江水，水源可靠。 循环水系统稳定运行后，补充水泵进入2运1备运行状态，通过变频调节补充水泵的流量，确保集水槽处于高水位运行，以达到节能的目的。 净

19、水站设置25000m3的工业消防水池，当整个补给水系统停运时，拟考虑关闭循环水排污水管阀门，循环水不外排。另一方面，综合水池有近10000m3的存水可向循环水系统补水，可保证2台机组满负荷运行3小时，因此安全性是有保证的。第27页/共36页 停运控制 为了尽可能的节能，正常运行中都尽可能维持在高水位运行，水位以上的空间很少，在停泵前如未预先降低集水槽水位，停泵时产生的涌水及配水系统的大量余水将很快抬升水位，造成大量的水从集水槽溢出，短时溢水流量与循环水流量相当。 正常停泵前应采取预先停运补给水泵，停止系统补水至进水间水位降至7m左右时再逐台停泵，此时冷却塔配水槽、管及填料等处的存水可全部储存在

20、集水槽和进水间水池中，不会溢流。但当事故断电突然停泵时，仍不能避免大量水涌出，万州港电公司在冷却塔零米设置一圈约0.3m高的挡水墙，使塔底具备临时储存约5000m3溢流水的功能。事故停泵后利用水池底部排水泵将溢流水提升至另外一塔使用或排出。第28页/共36页 高位塔事故停泵水锤分析 当系统事故停泵时，在泵房进水间由于水锤的作用，水面会出现波动，经计算：一机三泵时，水面雍高高程为16.2m。另外一方面，由于高位收水塔系统水池高位布置的原因，在事故停泵的过渡过程中，水体的倒流量大为减少，因此通过快关液控蝶阀来控制水泵倒转已无必要，此时可通过减慢阀门关闭速度，控制泵池内的水锤压力。通过计算研究，泵池

21、内水锤压力升值应在3m左右的范围内，表明无论采用一机三泵还是两泵方案，通过设定合理的关阀参数，泵房均是安全可靠的。第29页/共36页1号冷却塔人字柱施工 2号冷却塔人字柱施工第30页/共36页5、技术经济比较 循泵耗电按不含税上网电价计算，采用常规自然塔循环水系统与高位收水塔循环水系统技术经济比较结果如下： 1）塔芯材料按进口技术国内生产的预估中间价格计算，21000MW机组高位收水塔系统初投资比常规塔系统多约7722万元，但高位收水塔每年因上网电量较多、塔出水水温较低、热耗降低可使年运行费用降低991万元/年（扣除每年折扣的大修费后）。综合投资和年运行费费用，高位收水冷却塔年费用比常规塔低8

22、4万元/年。 2）高位收水塔系统初投资高于常规塔系统的主要原因是高位收水塔塔芯部件及收水部件投资费用较高。塔芯材料按进口技术国内生产的预估中间价格计算，两座高位收水塔塔芯材料投资多出约10266万元。第31页/共36页 3）高位收水塔集水槽土建工程量低于常规塔零米水池土建工程量，高位收水塔系统在土建上的总投资略低于常规塔。高位收水塔方案循泵房地上部分较高，但地下部分较浅，二者土建投资差异不大，高位收水塔方案循泵房土建投资略高，考虑循环水沟的差异后，高位收水塔方案的塔、循泵房及循环水沟的土建总投资比常规塔方案低约464万元。 4）由于高位收水塔方案循泵扬程低、功率小，高位收水塔方案循泵等设备投资

23、比常规塔方案少约300万元。 5）常规自然通风冷却塔噪声较大，一般可达8286dB，而采用高位收水塔比常规塔可降低810分贝。如果考虑对二种不同塔型方案采取噪声治理措施，根据环保专业计算，按常规塔噪音85分贝，高位收水塔噪音75分贝计算，两座塔高位收水塔的降噪费用比常规塔低约1780万元。第32页/共36页 6）高位收水塔系统循泵功率较常规塔系统低3400kw，高位塔上网电量可增加2720万度/年，电耗费用低960万元/年；高位塔年均水温较常规塔低0.7，微增费用低186万元/年；高位塔因初投资高年大修费高155万元/年，综合上述三项费用，高位收水塔年运行费用低991万元/年，静态回收年限7.

24、8年。 7）随着能源价格的增加引起电价等的上涨，高位塔系统的经济优势还将会进一步突显。 8）高位收水冷却塔具有较明显的节能效果及一定的降噪效果，可降低循环水泵功率约33%，符合国家节能环保的政策；虽初投资较高但在全寿命期内具有较好的经济性。第33页/共36页6、结论 1）常规自然通风冷却塔技术成熟，投资低，安装、运行简单，管理方便，目前广泛应用于火力发电厂。冷却塔高位收水技术大幅减小了雨区跌落高度和系统静扬程，具有明显节能和低噪音优势，塔面积愈大，进风口高度愈高，其节能和降噪优势愈显著，因此对于超大型冷却塔，高位收水技术具有广阔的应用前景。 2）对于循环水泵房及系统运行来说，采用常规自然通风冷

25、却塔方案，循环水泵房及进水间主体结构均在地面以下，运转层均在零米层，运行管理方便；循环水泵、清污机等主要设备技术成熟可靠，布置方便；冷却塔水池水面面积大，水体容积也很大，当补水系统故障时，可采用降水位方式维持一定时间的运行，因而具有充分的故障排除时间。第34页/共36页采用高位收水冷却塔方案，循环水泵进水间高出地面约15m左右，循泵及进水间运转层均高出地面较多，进水间深度大。为减少泵体长度，泵房部分拟采用承压式安装；由于循泵扬程低，循泵电动机等设备投资较相应降低。高位收水塔取消了塔下水池，其系统水体容积小，对补水系统的可靠性要求较高，运行管理相对复杂。 3）21000MW机组高位收水塔系统综合初投资比常规塔系统高约7722万元（按预测价的中间价计算），但高位收水塔每年因上网电量较多、塔出水水温较低、热耗降低可使年运行费用降低991万元/年。综合投资和年运行费费用两因素，以目前预测电价计，高位收水冷却塔年费用比常规塔低84万元/年，即在高位塔方案的经济性优于自然塔方案。第35页/共36页