摘要 ：為進一步提高我國高位收水冷卻塔自主化設計計算水平，降低國內(nèi)高位塔工程造價，依托國內(nèi)某投運的燃煤發(fā)電機組高位收水冷卻塔，利用自主化設計計算方法與公式，將計算結果與國外高位塔工程公司設計參數(shù)進行對比分析。同時也與該高位塔的實測運行數(shù)據(jù)進行對比研究。綜合判斷自主化設計計算方法及結果可靠、可信，可用于對工業(yè)高位收水冷卻塔的對比分析、評價及對新建高位冷卻塔的設計計算。

       關鍵詞 ：自主化計算 ;工業(yè)塔測試 ;冷卻性能 ;高位收水冷卻塔

　　引言冷卻塔的作用是將攜帶廢熱的冷卻水在塔內(nèi)與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣 [1]。高位收水冷卻塔是一種節(jié)能環(huán)保型自然通風濕式冷卻塔，相比常規(guī)濕冷塔，其利用設置在淋水填料下方的收水裝置將循環(huán)水在高位收集，提高了循環(huán)水泵吸水水位，從而顯著節(jié)約了循環(huán)水泵揚程，且有效降低了冷卻塔雨區(qū)噪音，可以說高位收水冷卻塔是冷卻塔家族的先進代表。

　　上世紀 90 年代，我國自主設計建造了國內(nèi)第一座 300 MW 燃煤發(fā)電機組的高位收水冷卻塔，但 2016 年之前國內(nèi)已投運的 1 000 MW 級燃煤發(fā)電機組高位收水冷卻塔均為直接引進外方技術設計，其中以歐洲某公司高位冷卻塔技術占主導地位，高位收水冷卻塔工藝布置復雜，各部件熱力、阻力系數(shù)均被嚴格保密，以致其技術服務費用高昂，工程單位造價居高不下，因此盡快突破高位冷卻塔技術壁壘具有積極的現(xiàn)實意義。

　　近年來，國內(nèi)相繼開展了超大型高位收水冷卻塔的自主化設計研究，通過物理模型、數(shù)學模型，甚至等比例實物模型研究了高位收水冷卻塔的熱力、阻力特性，并優(yōu)化了高位收水裝置的水力特性、濺漏水率、力學特性及節(jié)點連接等內(nèi)容。

　　本文是在筆者所屬公司多年來對高位收水冷卻塔技術研究成果和工程實踐經(jīng)驗的基礎上，以國內(nèi)已投運的某歐洲公司設計的燃煤發(fā)電機組高位收水冷卻塔為依托，將該高位塔冷卻性能自主化計算結果與國外高位塔工程公司對該塔的設計結果進行對比分析，同時也與該高位塔的實測運行數(shù)據(jù)進行對比研究，綜合分析自主化計算方法及結果的可靠性，進一步提高我們的設計水平，降低國內(nèi)高位收水冷卻塔的綜合造價。

　　1　依托工程冷卻塔概況

　　依托工程建設 2×1 000 MW 超超臨界濕冷機組，每臺機組各配置一臺冷卻面積為60 000 m2 的凝汽器和一座填料淋水面積為12 500 m2 的逆流式自然通風高位收水冷卻塔。高位收水冷卻塔由歐洲某冷卻塔工程公司總體設計施工，整塔淋水填料、噴頭、收水裝置等均由外方進口提供并安裝。2015 年 5 月項目正式并網(wǎng)發(fā)電，同年 8 月業(yè)主對高位收水冷卻塔進行了現(xiàn)場性能考核試驗，在接近夏季 10% 氣象頻率設計工況下，高位收水冷卻塔實測冷卻能力優(yōu)于設計計算值。

　　2　設計工況下設計值對比設計

　　工況下設計值對比是以上述高位收水冷卻塔為依托，在相同氣象資料、熱力參數(shù) ( 相同循環(huán)水量和溫升 )、冷卻塔尺寸、塔芯材料參數(shù)下，通過自主化計算方法計算得出設計工況下的出塔水溫，將其與外方設計的出塔水溫進行對比分析。

　　2.1 冷卻塔系統(tǒng)設計參數(shù)

　　本工程塔芯采用 Coolfilm-SNCS 型淋水填料，聚氯乙烯 (polyvinyl chloride，PVC) 材質，片間距為 20 mm，懸吊方式安裝，高度 1.5 m。

　　1) 規(guī)范標準自主化設計

　　計算參考使用的規(guī)范標準主要包括 ：T/CSEE 0146—2020《高位收水冷卻塔設計規(guī)程》[2]、GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》、GB/T 50102—2014《工業(yè)循環(huán)冷卻設計規(guī)范》、DL/T 5525—2017《冷卻塔塔芯部件選擇設計導則》和 DL/T 742—2019《冷卻塔塑料部件技術條件》等。

　　依據(jù)各實測有效試驗點的冷卻數(shù)，用最小二乘法擬合本工程熱力性能方程式，其中淋水填料的熱力特性系數(shù) Ψ 為 2.13，淋水填料的熱力特性指數(shù) m 為 0.56。自主化計算冷卻塔阻力系數(shù)高位收水冷卻塔在阻力方面與常規(guī)冷卻塔的最大區(qū)別是其沒有雨區(qū)，相比常規(guī)冷卻塔增加了收水斜板和收水槽裝置。

　　通過對依托工程熱力性能說明書中相關高位冷卻塔結構尺寸參數(shù)、夏季 10% 頻率氣象參數(shù)下熱力參數(shù)等數(shù)據(jù)的反算得到高位收水冷卻塔總阻力系數(shù) ξ 為53.71，塔進風口阻力系數(shù) ξ1 為 6.07，收水裝置與淋水填料阻力系數(shù) ξ2 為 25.94，配水系統(tǒng)與除水器阻力系數(shù) ξ3 為 6.08，環(huán)境風影響阻力系數(shù)ξ4 為 9.63，冷卻塔出口阻力系數(shù) ξ5 為 5.99。我國冷卻塔研究機構研究了風筒式自然通風逆流式冷卻塔的通風阻力，通過對模型塔的阻力試驗研究，建立了冷卻塔內(nèi)氣流總阻力系數(shù)的計算方法。

　　采用該計算方法并根據(jù)依托高位收水冷卻塔的結構尺寸及上述反算結果，計算得本次自主化設計采用的總阻力系數(shù) ξ 約為49.03，其中從塔的進風口至塔喉部的阻力系數(shù)ξa 為 4.39，冷卻塔出口阻力系數(shù) ξb 為 4.64。自主化設計計算結果對比自主化計算淋水填料的有效面積為毛面積減去配水槽、中央豎井、填料支柱截面和懸吊桿的阻風面積，通過自主化設計計算，在設計工況下的出塔水溫對比。

　　小結從計算結果的對比看，自主化計算結果與引進技術計算值的平均絕對值偏差在 0.12℃范圍內(nèi)，最大絕對值偏差為 0.13℃。參考 DL/T1027—2006《工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程》中對被測冷卻塔冷卻能力評價的規(guī)定，即當塔的實測冷卻能力達到 95% 及以上時，應視為達到設計要求。一般來說，當對采用不同計算方法得出的出塔水溫，其計算偏差在 ±0.3℃以內(nèi)時，認為是可接受的。因此可以看出自主化計算結果與外方計算結果相當，能夠滿足工程設計要求。

　　3　工業(yè)塔測試值和自主化計算值對比

　　3.1 依托高位塔測試

　　以第 1 章所述高位冷卻塔為依托，所有測試數(shù)據(jù)均來自對該高位塔的觀測結果，冷卻塔熱力性能測試依據(jù) CTI Code ATC—105《冷卻塔驗收測試規(guī)程》和《工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程》相關內(nèi)容。

　　3.1.1 測試工況

　　8 月份對高位收水冷卻塔在循環(huán)水滿流量( 三臺循環(huán)水泵并聯(lián)運行 )，全塔配水和汽輪機負荷 1 000 MW 的工況下，進行了性能測試試驗。觀測參數(shù)主要包括 ：環(huán)境干球溫度、環(huán)境濕球溫度、大氣風速風向、大氣壓力、進塔水溫度、進塔水量和出塔水溫等其他運行參數(shù)。

　　3.1.2 主要測試參數(shù)

　　合規(guī)性根據(jù)《工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程》，判斷主要測試參數(shù)允許偏離設計值范圍的合規(guī)性。

　　3.1.3 測試工況

　　數(shù)據(jù)表[2]對收集到的多組原塔有效測試數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選，按數(shù)據(jù)完整度選取共 6 組測試數(shù)據(jù)，其中包括測試工況中的最大和最小濕球溫度所在數(shù)據(jù)組。可以看出原塔型測試期間，全塔運行循環(huán)水量為 96 480 t/h，平均溫升約 9.84 ℃ ;對比夏季 10% 氣象條件設計工況下，全塔運行循環(huán)水量為 104 580 t/h，溫升 8.97 ℃， 測 試工況熱負荷為設計工況的 101.2%，循環(huán)水量為設計工況的 92.2%，測試數(shù)據(jù)合規(guī)性滿足《工業(yè)冷卻塔測試規(guī)程》要求，可用于 3.2 節(jié)的對比分析。

　　3.2 自主化設計

　　計算值自主化設計計算值是以依托高位收水冷卻塔的測試數(shù)據(jù)為基礎，在相同氣象資料、熱力參數(shù) ( 相同循環(huán)水量和溫升 )、冷卻塔尺寸及淋水填料參數(shù)下，利用自主化高位塔計算公式及方法，計算出測試工況下的出塔水溫值。運行工況下，原塔型實測出塔平均水溫大部分低于自主化計算值，最大出塔水溫差絕對值 0.23℃，最小出塔水溫差絕對值 0.02℃，出塔水溫差絕對值的平均值約0.12℃。

　　3.3 小結

　　通過與高位塔原塔實測值的分析比較，可以看出 ：1) 運行工況有效測試值是在循環(huán)水量為設計工況的 92.2% 條件下測定的，實測出塔平均水溫大部分低于自主化設計平均值，平均出塔水溫差約 0.12 ℃，最大出塔水溫差絕對值0.23 ℃，最小出塔水溫差絕對值 0.02 ℃。2) 實測數(shù)據(jù)由于設備、技術、測試條件等因素影響客觀會存在一定誤差，實測值與計算值之間存在偏差是不可避免的，當實測循環(huán)水量和設計循環(huán)水量的差值在 ±10% 以內(nèi)時，冷卻塔出塔水溫的實測值與計算值之間的偏差控制在 0.3 ℃范圍內(nèi)，認為設計是滿足要求的。因此高位收水冷卻塔自主化計算結果是符合實際、可靠的。

　　4　結語

　　自主化高位收水冷卻塔冷卻性能計算方法及公式適用于逆流式自然通風高位收水冷卻塔，計算水平與國外高位塔工程公司相當，計算結果與實塔測試數(shù)據(jù)吻合度高，是可靠的。自主化計算方法及公式可用于對工業(yè)塔的對比分析、評價及對新建高位冷卻塔的設計計算。

　　參考文獻

　　[1] 趙振國. 冷卻塔[M]. 北京：中國水利水電出版社，1997.

　　[2] 中國電機工程學會. 高位收水冷卻塔設計規(guī)程：T/CSEE0146-2020[S]. 北京：中國電力出版社，2020.

　　作者：范　攀1，杜志方2，楊迎哲1，李　誠1，王　蓓1