高位收水冷却塔在神华万州工程的应用

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1、概述
万州港电公司建设2×1000MW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，ห้องสมุดไป่ตู้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
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。
● 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。
结构形式
填料类型
混凝土
Coolfilm SNCS
混凝土
Coolfilm SNCS
混凝土
Cleanflow
混凝土
TR40V
蒲城电厂一期 2×330MW 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12000～20000m2，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
● 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 1 2 3 4 5 6 7 8 项 目 常规塔 13500 134.334 2.0 12.2 79.35 160.17 201.0 17.6 高位收水塔 13000 132.809 2.0 14.5 79.35 160.17 201.0 7.8 有效淋水面积（m2） 淋水面直径（m） 淋水填料高度（m） 进风口高度（m） 喉部直径（m） 喉部高度（m） 冷却塔总高（m） 供水高度（m）
高位收水冷却塔国外主要业绩见下表。
用户名称 项目地点 完工时间 电厂类型
法国电力公司 法国贝尔维尔 1987 核电
法国电力公司 法国/舒兹Chooz) 1987 核电
法国电力公司 法国塔及戈尔费什 1991 核电
法国电力公司 NogentsurSeine 2003 核电
装机容量
冷却塔尺寸 （高*底径） 流量 进水温度/出水温 度/湿球温度
中 央 配 水 井 布 置
分 区 配 水 方 式
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
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。
◆ 采用常规冷却塔的循环供水系统示意图
，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 2×330MW 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。
◆ 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，
● 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82～86dBA，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
◆ 高位收水塔功能特点 ● 节能 冷却塔供水扬程（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6～8m），而常规塔的几何扬程与塔大小有关 （约13～22m），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。
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
同塔型参数（塔总高度、零米直径、出口直径、喉部直径和高度均相同
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。
彭泽核电站215m高位收水塔设计图
高位收水塔淋水、集水单元示意图
◆ 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。
◆ 采用高位收水冷却塔的循环供水系统示意图
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
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
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
低约8～10分贝。
● 综合换热性能更优
冷却塔换热的主要区域是淋水填料区域，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。
）的高位收水塔出水水温较常规塔低0.3～0.4℃（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。
高位收水冷却塔在神华 万州工程的应用
◆ 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。
2*1300MW
165*147.9米 167400 m³ /h 34℃/21.5℃/9.0 ℃
2*1450MW
172*147米 174060 m³ /h 35℃/21.5℃/9.0 ℃
2*1300MW
178.5*132米 180000 m³ /h 33.78℃/22.06℃/ 9.0℃
无资料
165*147.9米 138780 m³ /h 36℃/23.4℃/9.0℃
◆ 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，但年运行费用可降低991万元。
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，导致循泵出力更为减少。因此，可
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。