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摘要：循环冷却水的冷却是电力生产过程中的一个关键环节，目前我国北方地区普遍使用冷却塔实现水冷却，冷却塔的冷却性能关系到电站的经济性、安全性和稳定性。本文结合不同电站的实际应用经验， 对哈蒙公司在世界范围内提出的高位收水冷却塔的经济性、 技术特点以及其所采用设备的优势进行分析， 旨在为项目开发、投标决策阶段提供一些技术支持。
关键词：高位收水;冷却塔;经济性;技术特点
随着近些年国内百万级火力发电机组的大规模建设，高位收水冷却塔在北方特别是貧水地区作为闭式循环冷却系统中冷却凝汽器循环水的重要的湿冷设备逐渐地被重视和应用起来。考虑到百万机组的循环水量大，配置大型常规自然通风冷却塔静扬程高，循环水泵功率大，循环水系统的运行费用高，而且由于雨区高度较高，产生的噪声也较大等问题，如何减少百万千瓦级的燃煤电厂的冷却塔能耗以及噪音的问题是国内一直比较关注的焦点问题之一。
经收资调研，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内陆的核电站投入使用，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。
高位收水冷却塔设置高位收水斜板和收水槽 ，汇集雨区水流后引人循环水泵入口，维持循环水泵入口的高水位，有效降低了水泵的扬程 ，减小了循环水泵的轴功率，降低了火电机组的厂用电率 ，提高了机组的上网电量。 高位收水冷却塔降低了雨区的自由跌落高度 ，外围冷空气容易通过雨区进入塔芯区域 ，使整个填料系统配风更加均匀，冷却塔的冷却效果较好 ;雨区 自由跌落高度 的降低也大大减小了冷却塔的噪音水平。 因此 ，高位收水冷却塔技术属于节能、环保型技术，在百万千瓦火电机组及内陆核电站中应用前景十分广阔。
1.高位收水冷却塔技术简介
1.1高位收水冷却塔运行流程示意图
1.2结构特点
高位收水冷却塔收水装置布置在冷却塔进风口上面淋水装置下部 ，由收水斜板和收水槽 组成 ，安装高度大约3m ，收水装置用钢丝悬吊于土建支撑梁上 ，钢丝承受收水装置及 循环水 的重量 ，由于悬吊结构 比较复杂 ，施工过程中对悬 吊的施工工艺要求较高，收水装置及悬挂结构如下图所示。
常规冷却塔和高位收水塔示意如 图 2 所示 ，高位塔降低了冷却塔雨区自由跌落高度 ，维持循 环水泵人 口高水位运行 ，循 环水泵 的扬程有所 降低 ，轴功率降低 30% 以上。
随着火电机组容量的不断增大，冷却塔 的淋水面积不断增大，大型冷却塔雨区配风配水不均匀性逐渐突出，高位收水冷却塔由于雨区自由跌落高度低，外围冷空气通过雨区进入塔芯区域的阻力小，冷却塔配风均匀;虽然高位收水冷却塔雨区高度低，雨区换热能力不如常规塔，但是常规塔的雨区阻力较大，塔芯配风均匀性不如高位塔好;高位塔进风口高度比常规塔高，进风阻力比常规塔小，塔内风速有一定提高。综合两方面因素，同塔型参数的高 位收水冷却塔出水温度要低于常规冷却塔 。高位收水冷却塔设置收水装置 ，无冷却塔底部水池，有效防止塔池底部蓄水对冷却塔地基 的长期浸泡渗透，提高了冷却塔塔体基础的安全性;冷却塔填料底部雨区跌落的水滴经过收水装置汇集，自由跌落高度减小 70%以上，且跌落区域在冷却塔筒壁内部，大大降低了由跌落水滴造成的噪声污染，据研究噪声水平可以降低 8 ～10dB。
2.运用效果
2.1节能情况
600MW等级机组配置循环水泵电机功率在3600～3700kW（单台电机），某电厂采用高位收水冷却塔后通过科学论证，有效地减小循环水泵的静扬程，配用循环水泵电机2300kW（单台），比传统冷却塔降低至少1300kW。机组年利用小时数按5000h计，则每年可节约厂用电650万kW。
2.2降噪效果
机组投运后，降噪效果明显，很直接的感受：某电厂二期高位收水冷却塔与一期项目传统冷却塔比邻而建，相距159米，站在两塔中间，耳中听到的只有传统冷却塔的噪声，基本上听不到二期项目冷却塔的运行声音。图12是投运后的噪声测试分布图，图中看出冷却塔外围的噪声在运行的控制范围内。
2.3运行与维护
高位收水塔运行便捷，主要在启机与停机时注意控制启闭机水位，启机时应把启闭机全部打开到最高水位，停机时应控制回水槽水位不要太高，防止停机水槽溢流。停机后，循环水泵需要维持运行，这时冷却塔补水泵停运，整个系统处于闭式循环状态。
高位塔维护：注意喷溅装置不允许有脱落现象，脱落后应及时更换，避免水柱冲坏填料和斜板，造成回水槽底部堵塞，水槽溢流，增加吊件的荷载损坏。考虑冬季气温低，产生结冰导致收水槽、斜板等变形漏水，可根据负荷情况，灵活关闭区域启闭机，采取“补救”方式进行部件更换。检修维护平均每年的费用不超过20万元，主要用于土建防腐、修复和填料修复等。
2.4土建占地少
相同出水温度情况下，高位冷却塔的建设占地较常规冷却塔少，以贵州某电站单台600MW机组为例，采用常规冷却塔其淋水面积不少于8500m3，改用高位塔后，其淋水面积降低为7750m?，冷却塔高度和底径有所减少，在建设用地紧缺的情况下，意义非凡。
3.经济性分析
3.1计算基础数据（1x660MW）
3.2高位收水塔（国产塔芯）与常规自然塔循环水系统经济比较
从表2可以看出：
（1） 塔芯材料按国产生产价格计算，一台机组高位收水塔系统比常规塔系统的全部初投资合计高2440万元。
（2） 一台机组高位塔运行按1台泵运行5000小时、夏季启动另外1台运行3个月计取费用，则取得售电收益约376万元/年（扣除检修费）。 （3） 投资回收周期
2440÷376≈6.5（年）
4.结论
高位收水冷却塔技术源于哈蒙公司，完全采用哈蒙技术与材料，初始投资会略有增加。但是通过调研以及多年国产化的发展，国内部分生产厂商生产的塔芯材料完全满足技术要求。某电厂项目塔芯材料全部国产化，节省了约2000万元的投资。高位收水冷却塔是一种新型自然通风冷却塔，具有节能、环保以及运维简单等特点，有利于激烈的市场竞争中运行成本的控制，改善了职工的工作环境和周围居民的生活环境，是良好企业社会形象的良好保障。另外该项技术处于快速普及及发展阶段，是目前冷却塔技术的发展方向之一，随着塔芯材料的国产化，降低成本，节能降耗兼具环保，拥有7～9年的短期投资回收期，660MW及以上机组配置高位收水冷却塔可实现经济效益、社会效益的双丰收。
参考文献
[1] 何辉.某百万级核电站冷却塔配置研究与优化[J].南方能源建设，2016，3（03）：48—53.
HE Hui.Allocation and optimization of the cooling tower about l000 MW NPP[J].Southern Energy Construction，2016，3（03）：48—53.
[2]汪芬.大型逆流式自然通风高位收水冷却塔的应用研究[J].南方能源建设，2017，4（12）：109—112.WANG Fen.Application research on large counter-flow natural draft hJIgh level water collection cooling tower[J].Southern Energy Construction，2017，4（12）：109—112.
[3] 曾華，杨卓颖，吴浪洲，等.高位收水冷却塔循环水系统水力 过渡过程研究[J].电力勘测设计，2017，（s1）：310—314.ZENG Hua，YANG Zhuoying，WU Longzhou，et a1.Research of
hydraulic transients for circulating water system with cooling tower with water collecting devices[J].Electric Power Survey And Design，2017，（S1）：310—314.
[4] 田松峰，王少雷，陈曦等.环境风速对高位收水冷却塔运行特性影响的数值模拟及优化[J].汽轮机技术，2017，59（01）：53—56.
TIAN Songfeng，WANG Shaolei，CHEN Xi，et a1.Numerical simulation of high wind speed affect the operating characteristics of the cooling tower water and yield optimization[J].Steam Turbine Technology，2017，59（01）：53—56.
[5]唐灿辉，夏峰，杨立民等 高位收水冷却塔在600 MW等级机组中的应用 [J]发电研究，：2018，07（07）：0053-59
关键词：高位收水;冷却塔;经济性;技术特点
随着近些年国内百万级火力发电机组的大规模建设，高位收水冷却塔在北方特别是貧水地区作为闭式循环冷却系统中冷却凝汽器循环水的重要的湿冷设备逐渐地被重视和应用起来。考虑到百万机组的循环水量大，配置大型常规自然通风冷却塔静扬程高，循环水泵功率大，循环水系统的运行费用高，而且由于雨区高度较高，产生的噪声也较大等问题，如何减少百万千瓦级的燃煤电厂的冷却塔能耗以及噪音的问题是国内一直比较关注的焦点问题之一。
经收资调研，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内陆的核电站投入使用，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。
高位收水冷却塔设置高位收水斜板和收水槽 ，汇集雨区水流后引人循环水泵入口，维持循环水泵入口的高水位，有效降低了水泵的扬程 ，减小了循环水泵的轴功率，降低了火电机组的厂用电率 ，提高了机组的上网电量。 高位收水冷却塔降低了雨区的自由跌落高度 ，外围冷空气容易通过雨区进入塔芯区域 ，使整个填料系统配风更加均匀，冷却塔的冷却效果较好 ;雨区 自由跌落高度 的降低也大大减小了冷却塔的噪音水平。 因此 ，高位收水冷却塔技术属于节能、环保型技术，在百万千瓦火电机组及内陆核电站中应用前景十分广阔。
1.高位收水冷却塔技术简介
1.1高位收水冷却塔运行流程示意图
1.2结构特点
高位收水冷却塔收水装置布置在冷却塔进风口上面淋水装置下部 ，由收水斜板和收水槽 组成 ，安装高度大约3m ，收水装置用钢丝悬吊于土建支撑梁上 ，钢丝承受收水装置及 循环水 的重量 ，由于悬吊结构 比较复杂 ，施工过程中对悬 吊的施工工艺要求较高，收水装置及悬挂结构如下图所示。
常规冷却塔和高位收水塔示意如 图 2 所示 ，高位塔降低了冷却塔雨区自由跌落高度 ，维持循 环水泵人 口高水位运行 ，循 环水泵 的扬程有所 降低 ，轴功率降低 30% 以上。
随着火电机组容量的不断增大，冷却塔 的淋水面积不断增大，大型冷却塔雨区配风配水不均匀性逐渐突出，高位收水冷却塔由于雨区自由跌落高度低，外围冷空气通过雨区进入塔芯区域的阻力小，冷却塔配风均匀;虽然高位收水冷却塔雨区高度低，雨区换热能力不如常规塔，但是常规塔的雨区阻力较大，塔芯配风均匀性不如高位塔好;高位塔进风口高度比常规塔高，进风阻力比常规塔小，塔内风速有一定提高。综合两方面因素，同塔型参数的高 位收水冷却塔出水温度要低于常规冷却塔 。高位收水冷却塔设置收水装置 ，无冷却塔底部水池，有效防止塔池底部蓄水对冷却塔地基 的长期浸泡渗透，提高了冷却塔塔体基础的安全性;冷却塔填料底部雨区跌落的水滴经过收水装置汇集，自由跌落高度减小 70%以上，且跌落区域在冷却塔筒壁内部，大大降低了由跌落水滴造成的噪声污染，据研究噪声水平可以降低 8 ～10dB。
2.运用效果
2.1节能情况
600MW等级机组配置循环水泵电机功率在3600～3700kW（单台电机），某电厂采用高位收水冷却塔后通过科学论证，有效地减小循环水泵的静扬程，配用循环水泵电机2300kW（单台），比传统冷却塔降低至少1300kW。机组年利用小时数按5000h计，则每年可节约厂用电650万kW。
2.2降噪效果
机组投运后，降噪效果明显，很直接的感受：某电厂二期高位收水冷却塔与一期项目传统冷却塔比邻而建，相距159米，站在两塔中间，耳中听到的只有传统冷却塔的噪声，基本上听不到二期项目冷却塔的运行声音。图12是投运后的噪声测试分布图，图中看出冷却塔外围的噪声在运行的控制范围内。
2.3运行与维护
高位收水塔运行便捷，主要在启机与停机时注意控制启闭机水位，启机时应把启闭机全部打开到最高水位，停机时应控制回水槽水位不要太高，防止停机水槽溢流。停机后，循环水泵需要维持运行，这时冷却塔补水泵停运，整个系统处于闭式循环状态。
高位塔维护：注意喷溅装置不允许有脱落现象，脱落后应及时更换，避免水柱冲坏填料和斜板，造成回水槽底部堵塞，水槽溢流，增加吊件的荷载损坏。考虑冬季气温低，产生结冰导致收水槽、斜板等变形漏水，可根据负荷情况，灵活关闭区域启闭机，采取“补救”方式进行部件更换。检修维护平均每年的费用不超过20万元，主要用于土建防腐、修复和填料修复等。
2.4土建占地少
相同出水温度情况下，高位冷却塔的建设占地较常规冷却塔少，以贵州某电站单台600MW机组为例，采用常规冷却塔其淋水面积不少于8500m3，改用高位塔后，其淋水面积降低为7750m?，冷却塔高度和底径有所减少，在建设用地紧缺的情况下，意义非凡。
3.经济性分析
3.1计算基础数据（1x660MW）
3.2高位收水塔（国产塔芯）与常规自然塔循环水系统经济比较
从表2可以看出：
（1） 塔芯材料按国产生产价格计算，一台机组高位收水塔系统比常规塔系统的全部初投资合计高2440万元。
（2） 一台机组高位塔运行按1台泵运行5000小时、夏季启动另外1台运行3个月计取费用，则取得售电收益约376万元/年（扣除检修费）。 （3） 投资回收周期
2440÷376≈6.5（年）
4.结论
高位收水冷却塔技术源于哈蒙公司，完全采用哈蒙技术与材料，初始投资会略有增加。但是通过调研以及多年国产化的发展，国内部分生产厂商生产的塔芯材料完全满足技术要求。某电厂项目塔芯材料全部国产化，节省了约2000万元的投资。高位收水冷却塔是一种新型自然通风冷却塔，具有节能、环保以及运维简单等特点，有利于激烈的市场竞争中运行成本的控制，改善了职工的工作环境和周围居民的生活环境，是良好企业社会形象的良好保障。另外该项技术处于快速普及及发展阶段，是目前冷却塔技术的发展方向之一，随着塔芯材料的国产化，降低成本，节能降耗兼具环保，拥有7～9年的短期投资回收期，660MW及以上机组配置高位收水冷却塔可实现经济效益、社会效益的双丰收。
参考文献
[1] 何辉.某百万级核电站冷却塔配置研究与优化[J].南方能源建设，2016，3（03）：48—53.
HE Hui.Allocation and optimization of the cooling tower about l000 MW NPP[J].Southern Energy Construction，2016，3（03）：48—53.
[2]汪芬.大型逆流式自然通风高位收水冷却塔的应用研究[J].南方能源建设，2017，4（12）：109—112.WANG Fen.Application research on large counter-flow natural draft hJIgh level water collection cooling tower[J].Southern Energy Construction，2017，4（12）：109—112.
[3] 曾華，杨卓颖，吴浪洲，等.高位收水冷却塔循环水系统水力 过渡过程研究[J].电力勘测设计，2017，（s1）：310—314.ZENG Hua，YANG Zhuoying，WU Longzhou，et a1.Research of
hydraulic transients for circulating water system with cooling tower with water collecting devices[J].Electric Power Survey And Design，2017，（S1）：310—314.
[4] 田松峰，王少雷，陈曦等.环境风速对高位收水冷却塔运行特性影响的数值模拟及优化[J].汽轮机技术，2017，59（01）：53—56.
TIAN Songfeng，WANG Shaolei，CHEN Xi，et a1.Numerical simulation of high wind speed affect the operating characteristics of the cooling tower water and yield optimization[J].Steam Turbine Technology，2017，59（01）：53—56.
[5]唐灿辉，夏峰，杨立民等 高位收水冷却塔在600 MW等级机组中的应用 [J]发电研究，：2018，07（07）：0053-59