印度火力发电厂工程大型冷却塔工艺设计要点及经验

宫现辉 史 宁 张建国

山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013

0 引言

近年来，印度火力发电发展迅速，市场潜力巨大。中国国内多家工程公司均以工程EPC总承包等模式在印度承建电厂项目，而这些项目也大多是由中国国内的设计单位完成设计。在这些项目的设计过程中，国内的设计单位逐步掌握了印度电厂项目的设计理念及特点，并积累了丰富经验，从而为更好的达到印度业主单位的设计要求提供了保障。

1 印度电厂大型冷却塔工艺设计要点及经验

1.1 印度电厂冷却塔的选型计算

目前，国内循环水系统的设计原则是在汽轮发电机组额定工况下，结合当地的气象条件，对冷却塔面积、冷却倍率、凝汽器面积等按年费用最小法进行优化比较，并对汽轮发电机组夏季工况结合夏季P=10%气象参数，对汽机背压、进水温度、冷却塔面积、冷却倍率、凝汽器面积进行校核计算。而印度电厂循环水系统的设计多是需满足由业主根据经验设定的循环水系统的考核条件，而并不是国内设计中所通常采用的年费用最小法。

以印度某超临界蒸汽发电机组为例，在工程合同中业主明确循环水系统的考核条件为：在设计干球温度35℃，设计相对温度60%的环境条件下，冷却塔设计出水温度低于35℃，设计背压小于10.2kPa。经过计算后，循环水系统的最终配置为：2台机组采用2座淋水面积10500 m2湿式逆流式双曲线自然通风冷却塔,1台机组配1座冷却塔,凝汽器面积为40960 m2。

10500m2湿式逆流式双曲线自然通风冷却塔属于大型冷却塔，国内目前可以借鉴的同淋水面积冷却塔的完整设计资料不多，因此需展开针对此类大型冷却塔的设计计算工作。

1.2 冷却塔塔筒几何尺寸的确定

冷却塔塔筒几何尺寸的确定是完成冷却塔设计的第一步工作。冷却塔塔筒几何尺寸一般按照热力、空气动力和结构三方面特性通过塔本体优化设计确定，以保证冷却塔的双曲线塔型能够满足塔体的抽力要求及冷却效果。同时大型冷却塔塔筒尺寸国内也已总结了一系列经验数值。此工程正是通过对塔筒的优化设计并结合“大型冷却塔塔筒系列资料”完成了冷却塔塔筒几何尺寸的确定（大型冷却塔塔筒系列资料见表1）。

工艺专业在完成冷却塔塔筒几何尺寸的设计后，还需进一步配合结构专业完成冷却塔塔筒的结构设计。在此阶段，工艺专业向结构专业提供的冷却塔塔筒控制点尺寸主要为 （以此印度工程为例）：

①塔高（m）：158；

②进风口高度（m）：10.90；③填料顶标高（m）：13.15；

④填料顶塔筒内壁直径（m）：117.37；

⑤塔筒喉部中面直径（m）：70.65。

结构专业在所提供的以上资料基础上，可以完成冷却塔双曲线塔筒的相关结构计算及设计。结构专业所返回的双曲线塔筒几何尺寸，一般与工艺专业所提供的几何尺寸有所偏差，此时工艺专业需要核实由于此类偏差（尤其是导致淋水面积变化的偏差）所带来的对冷却效果的影响并作出相应的尺寸调整。

1.3 冷却塔配水系统的优化计算及设计

1.3.1 优化计算及设计的基本内容

冷却塔塔筒几何尺寸确定后，冷却塔配水层塔筒内壁直径即确定，下一步即是完成对配水层配水系统的优化计算及设计工作。

首先，应根据经验完成配水层配水管及喷头的基本布置，配水管及喷头的布置应大致合理，为下面进行的水力计算奠定良好基础。

下面就是围绕已有的配水层配水管及喷头的布置完成对配水系统的优化计算。配水系统优化计算的目的就是通过计算，来分析配水槽是否满流，不同区域的喷头流量是否基本相同，从而来确定配水管及喷头的布置是否大致合理。配水系统优化计算可以通过计算软件完成。

1.3.2 计算及设计内容介绍

1）计算介绍

计算过程分为三步：冷却塔竖井配水计算（计算一），冷却塔内区配水水力计算（计算二），冷却塔外区配水水力计算（计算三）

计算一主要通过输入循环水泵流量与扬程的关系式、循环水系统从冷却塔出口到循环水泵入口的水损关系式，循环水泵出口到冷却塔竖井的水损关系式，冷却塔配水槽、配水管及喷头的基本参数等，初步计算出内、外区喷头的工作水头、竖井水位等。

表1 大型冷却塔塔筒系列资料

计算二主要通过输入冷却塔内区配水槽、配水管及喷头基本参数，内区喷头布置的基本方案，计算一计算出的内区喷头工作水头、内区配水总水量等，计算出内区配水系统水力损失、内区总水量、竖井水位等。

图1 外区配水某区域配水管及喷头初步布置方案

计算三主要通过输入冷却塔外区配水槽、配水管及喷头基本参数，外区喷头布置的基本方案，计算一计算出的外区喷头工作水头、外区配水总水量等，计算出外区配水系统水力损失、外区总水量、竖井水位等。

计算二、计算三计算出的内、外区配水系统水力损失代入到计算一，这样可以进一步精确计算出内、外区喷头的工作水头、竖井水位等。计算一计算出的内、外区喷头工作水头、配水总水量等代入到计算二、计算三，从而进一步精确计算二、计算三的计算结果。

通过计算一、计算二、计算三多次迭代计算，当三个计算程序中计算出的竖井水位基本相等时（不超过1毫米），表明本程序基本模拟出了冷却塔的实际运行水位。

2）配水系统设计介绍

计算二、计算三的输出结果中可以计算出冷却塔内、外区所有喷头的工作水头、流量。一个合理的配水系统，内外区所有喷头的流量应基本相等，大小偏差不能超过喷头平均流量的5%。

以印度此工程为例，其外区配水某区域配水管及喷头的初步布置方案及流量计算结果分别见图1及表2。

由表2可以看出，编号为20～21号的喷头流量偏小，初步分析原因可能是由于配水管管径偏小导致的水损过大，因此调整此区域配水管管径为0.375m后重新计算，（计算结果见表3）可以看出，20～21号的喷头流量接近配水系统喷头平均流量，可以证明此时配水系统经调整后布置合理。

表2 外区配水某区域喷头流量计算结果（以8号配水管为例）

表3 外区配水某区域配水管调整后喷头流量计算结果（以8号配水管为例）

由以上方法可以检测出整个配水系统配水管管径或喷头布置不合理之处，将配水管管径或喷头做出相应调整后并将调整的数据输入到程序中重新计算，直至计算结果中每个喷头流量均接近配水系统喷头平均流量为止。

通过配水系统优化计算及设计，可以保证配水槽达到满流（尽量有较多富裕水头），冷却塔整塔喷头流量基本相同，从而布置出一个合理并高效的冷却塔配水系统。

2 结论

印度电厂冷却塔的选型计算和国内工程是有所区别的，因此不宜按照国内的模式进行选型计算。同时本文给出了在淋水面积确定后的冷却塔工艺设计要点及经验，可以在类似的工程中予以参考。

［1］赵顺安，冯春平等.超大型自然通风逆流式冷却塔的配水设计.电力建设.2009，30（1）：53-55

［2］张文彬等.电力工程水务设计手册.西北电力设计院.2004.

［3］陆振铎等.配1000MW机组逆流式冷却塔系列说明［S］.中国水利水电科学研究院.