大型海水冷却塔结构性能优化应用研究吴彦锋

吴彦锋管金保

（浙江浙能台州第二发电有限责任公司浙江省台州市317109）

摘要：以浙能台州第二发电厂新建2×1000MW超超临界燃煤发电机组中的超大型海水冷却塔为例，阐述对其结构性能进行优化的必要性，分析大型海水冷却塔结构和性能优化的关键技术，研究冷却塔结构优化尤其是导流装置优化的具体应用情况和经济效果。

关键词：海水冷却塔；超大型；结构优化；性能优化

1引言

浙江浙能台州第二发电厂新建2×1000MW超超临界燃煤发电机组，为解决温排放和循环水利用两大问题，本工程采用二次循环海水冷却技术，建设两座超大型海水加肋冷却塔，其补给水取自三门湾海水。为响应我国节能减排、低碳排放、可持续发展的基本国策，需要对冷却塔的结构性能进行优化，提高冷却塔的冷却性能，降低出塔水温，从而降低汽轮机组的背压，降低发电煤耗和碳排放。

2海水冷却塔结构性能优化的必要性

海水冷却塔在环境风速较高的夏季，随着其对环境空气抽吸能力的下降，其整体的换热效果和冷却效果会降低，且增加电厂的煤耗。电厂在解决此问题时通常采取在冷却塔的设计中留有足够的余量，增加冷却塔的规模和高度，使之具有较高的冷却性能，但是此种做法会增加冷却塔的建造成本和运行费用，不符合节能减排的要求。此外，本工程所要建造的冷却塔属于超大型冷却塔，其环境基本风压达到了1.20kPa，已经属于目前国内已建和在建冷却塔设计风压的最大值，而且此冷却塔周围环境比较复杂，群塔之间存在“夹道效应”极易形成“穿堂风”，因此，本工程有必要对冷却塔结构设计进行优化，对不同塔型结构进行对比研究，在此基础上进一步开展冷却塔风洞试验研究，以期合理确定冷却塔表面风压值，采用加肋塔，确保冷却塔结构设计在满足安全要求的同时降低结构工程量，同样达到节能降耗的目的。

3大型海水冷却塔结构性能优化的关键技术分析

3.1海水冷却塔结构优化关键技术

首先采用三维一体化建模整体优化，部分岩基部分桩基与上部环基、人字柱、塔筒一体化建模，进行综合整体优化。三维一体化建模整体优化，优于结构本体和地基基础分开建模单项优化；整体建模既能方便外部设计条件的输入，也能充分考虑地基与结构、结构构件间的相互作用；实现了结构构件设计优化和结构整体设计优化的统一。

其次是对塔筒的结构进行设计优化，高风压区海水加肋冷却塔壳体比海水光滑冷却塔壳体的优越性。不仅能降低结构工程量，加肋塔对壳体的稳定有显著的提高。而且采用环基同截面分区配筋方式，进行部分岩基部分桩基上环基的配筋优化。既能保证环基统一截面刚度和配筋的连续性；也能根据不同地基区域的环基受力特点。

再次结合基岩等深线，对桩基设计进行优化。并对海水冷却塔结构的耐久性进行防腐设计，采用内外因结合方案：一是增强内因，配制有一定耐海水腐蚀性的混凝土；二是阻隔外因，表面涂刷防腐涂层，总体满足结构防腐要求。

最后优化混凝土配比适应泵送要求，设计积极配合施工方案，泵送混凝土高度从30米到最高达170多米，成功运用创新的泵送混凝土中心塔吊布料系统方案施工，既能加快了施工进度，也提高施工浇筑质量。极大增强了大型冷却塔垂直运输和水平布料能力，大幅提高工期约3个月。

3.2海水冷却塔性能优化关键技术

在冷却塔进风口人字柱外均匀设置一定数量的导风板装置，从空气动力学角度优化冷却塔进风方式，利用导风板的导流作用提高冷却塔四周进风的均匀性，增加进风量，并使更多的气流垂直向上运行，在冷却塔内部形成稳定、均匀的旋转剪切上升气流，减少塔内漩涡区间，从而改善冷却塔的冷却性能，降低循环水出塔水温，实现节能增效、低碳排放的目标。

4大型海水冷却塔结构性能优化效果与应用

4.1冷却塔结构优化效果

冷却塔造价约24258万，采用加肋塔后，冷却塔结构混凝土及钢材用量较常规设计降低10%左右。对部分岩基部分桩基的环基进行优化，采用环基同截面分区配筋方式，对#1冷却塔的环基尺寸确定为2.5m×9m，环基配筋分为三个区域，主要为岩基区、岩基和桩基过渡区、桩基区域。#2冷却塔环基全部坐落在开山岩基上，环基尺寸优化为2.1m×8m，并且相应环基配筋量大幅减少。桩基直径从1500优化为1400，节约桩基混凝土体积约为15％，此时为满足桩基布置的要求，其环基的尺寸需由2.5m×9.8m优化为2.5m×9m，节约混凝土约为1100m3，约占环基混凝土总量的10％。此外，优化混凝土配比适应泵送要求，泵送混凝土高度从30米到最高达170多米，成功运用创新的泵送混凝土中心塔吊布料系统方案施工，既能加快了施工进度，也提高施工浇筑质量。极大增强了大型冷却塔垂直运输和水平布料能力，大幅提高工期约3个月。

4.2导流装置优化效果分析

本工程冷却塔进风导流装置最经济方案为单塔72块导风板、单板尺寸H11.5m*W3m。综合考虑数模计算的误差、导风板的结构合理性、其它工程导风板的实际运用情况，最终推荐方案为#2塔进风口外侧安装72块玻璃钢导风板、单板尺寸H11.5m*W5m、#1塔导风板与塔径向夹角顺时针偏转10°、#2塔导风板逆时针偏转10°。该方案#2塔出塔水温（22.843℃）比无导风板时（23.710℃）降低0.867℃，比未导流的#1塔（23.415℃）降低0.572℃，单台百万级机组可增加微增出力约800kW，折合降低煤耗约0.3g/kWh，按年运行5000小时计，年节约标煤约1575吨。按厂用电价0.3元/度计，#2机组每年可增加收入约120万元。实际单座冷却塔导风板设施采购价格为596万元，5年可收回投资。

5结语

本工程采用二次循环海水冷却技术，建设两座超大型海水加肋冷却塔，采用采用三维一体化建模对于本工程冷却塔结构设计进行整体优化；成功运用创新的泵送混凝土中心塔吊布料系统方案施工，既能加快了施工进度，也提高施工浇筑质量；冷却塔均匀进风导风装置技术可以在新建机组中实施，也可以应用现有机组的节能减排技术改造，具有较广的市场应用前景。

参考文献：

[1]杨嘉，刘晓轻.某工程超大型海水冷却塔配风配水优化研究[J].给水排水，2017（s2）.

[2]熊兆平.火电厂冷却塔的结构选型优化探讨[J].低碳世界，2015（35）：66-67.