内陆核电超大型冷却塔的选型及配置

王成立，张东文

（国核电力规划设计研究院，北京 100094）

0 引言

世界上面积最大的常规冷却塔为德国伊萨II核电1350MW机组，淋水面积16300m2，高度165m；最高的常规冷却塔为德国Niederaubem电厂，高度200 m（淋水面积13 788 m2）。

世界上最大的高位集水冷却塔为法国ChoozⅡ核电厂，1994年投产，淋水面积14 000 m2、高度180 m。

国内最大的冷却塔为宁海电厂13 000 m2的海水常规塔。

目前国内的设计能力，包括计算、优化软件，能够完成13 000 m2以下冷却塔的设计；13 000 m2以上的冷却塔，无论高位塔，还是常规塔其热力计算、阻力计算、结构计算等均需要进一步研究。

1 核电大塔需要解决的课题

13 000 m2以上核电大塔需要解决的课题：

1）冷却塔的配置。每台机组配置一座塔，还是两座塔，从投资、运行费用、占地、施工条件等方面进行综合比较，提出推荐建议。

2）冷却塔的塔型。AP1000核电机组的冷却水量大，如采用常规冷却塔，其供水高度大，运行费用高，必须关注超大型冷却塔运行费用高的问题，积极寻求适合核电大冷却水量、运行费用低的先进塔型。

3）热力计算修正。冷却塔的直径大，内区冷效低，必须解决常规冷却塔中心区域冷效低的难题。

4）配水方式。冷却塔的配水采用单竖井、双竖井或是多竖井，配水是否均匀，是否增加通风阻力，都会直接影响冷却塔的冷却效果。

5）冷却塔的填料高度问题。通过试验分析、论证，提出适合核电超大型冷却塔的填料高度。

6）超高超大、设计寿命长。AP1000核电厂设计寿命为60年，作为其重要设施的冷却塔在设计标准、耐久性等方面均有比常规火电冷却塔更高的要求。

7）超大塔的结构设计还需进行风工程 （风振、塔群、内吸力等）、屈曲稳定、针对核电特点的荷载取值及荷载组合原则、耐久性等方面需进一步研究。

2 高位集水冷却塔特点

节能。高位集水可有效利用冷却水的位能，降低循环水泵扬程15 m以上，仅此一项，对于AP1000核电厂，两台机组全年可节省厂用电约1.2亿kW·h，符合国家节能减排的战略方针。

高效。国内已建成的大型常规冷却塔空气通过雨区，塔内中心区域空气量小、气温高、冷效差。而高位集水超大型冷却塔无雨区，通风阻力小，塔内进风比较均匀，塔内中心区域与外圈进风温度一致，解决了常规超大型冷却塔中心区域冷效低的技术难题。

低噪。冷却塔的噪音主要为配水及雨区引起的噪音。高位集水冷却塔从消除雨区噪声源着手，可降低噪声4～8 db。

3 内陆核电冷却塔配置方案及技术经济比较

3.1 内陆核电冷却塔配置方案

方案1：一机配一座淋水面积约18 300 m2高位集水冷却塔。

方案2：一机配两座淋水面积约12000m2常规塔。

方案3：一机配一座淋水面积19 300 m2常规塔。

3.2 各配置方案的技术经济综合比较

方案1：一机一高位集水塔

优点：厂用电少，系统总投资及年费用最低；占地最少，投资最低；世界上先进的塔型，在欧洲有成熟的设计技术和运行经验，安全可靠；降噪，从消除雨区主要噪声源着手，可降低噪声4～8 db；总平面布置上具有优越性，节省投资，厂区布置简洁明。

缺点：需要通过热力、阻力、风洞、抗震等数模、物模试验，掌握超大型冷却塔的设计技术。

方案2：一机两常规塔方案

优点：设计和施工技术成熟；检修条件较好；防冻性能好。

缺点：占地大，厂区布置较为拥挤，增加了交通路线和相关管线的长度；系统、运行管理较复杂；欧洲或美国的核电厂常布置1台或2台机组，而我国内陆核电站至少布置4台机组，必须考虑环境对冷却塔群的影响、塔群对周围环境的影响。

方案3：一机一常规塔方案

优点：占地较小；通过超大型冷却塔国家重大专项课题的研究，也可解决该塔型的设计难题，可有效降低工程进度和施工的风险；总平面布置上具有优越性，节省投资，厂区布置简洁明快。

缺点：需要通过热力、阻力、风洞、抗震等数模、物模试验，掌握超大型冷却塔的设计技术；系统总投资较一机一高位集水塔方案高，年费用高。

3.3 各配置方案的经济比较

3种配置方案的经济比较如图1所示。

图1 3种配置方案的经济比较图

每台机组配置1座18 300 m2高位集水冷却塔方案的系统总投资最低，1座19 300 m2常规冷却塔方案次之，2座12 000 m2方案的投资最高。

在年费用中，供水高度起着关键的作用，高位集水冷却塔由于其供水高度小，节能优势尤其明显。

冷却水量越大，高位集水冷却塔的优势越明显，因此该塔型特别适用于内陆核电超大型冷却塔。

4 风险分析与控制

4.1 保证冷却塔冷却效率

高位集水冷却塔是哈蒙公司的专利技术，在欧洲有成熟的运行经验，国内建设初期应由哈蒙公司提供技术支持，确保内陆核电冷却塔的冷却效率。

4.2 保证冷却塔塔筒结构安全

通过风洞、抗震等一系列数摸、物模试验，为设计提供安全的结构设计数据，确保内陆核电冷却塔结构安全及耐久性。

4.3 安全稳定运行

可以引进消化哈蒙公司先进的成熟的集水装置设计及加工技术，最大可能地优化了结构形式，而且在使用寿命上不低于填料 （可达到20年以上），不会因集水装置而增加大修的次数，从根本上杜绝因集水装置选材及制作问题而影响本项目的运行。

4.4 施工难点及措施

目前冷却塔施工采用的液压顶升平桥，设计最大高度175 m，因此需要生产厂家进行改装加大。

筒壁每节模板混凝土方量大。整塔筒壁混凝土共计约33 000 m3，根据目前施工经验及施工速度，每小时浇筑混凝土约为7～10 m3，如何加快混凝土浇筑速度，避免出现施工缝是该塔施工最关键所在。

考虑该塔钢筋量较大，因此塔筒钢筋的运输问题也是施工中的关键。

液压顶升平桥厂家可根据使用高度重新进行验算、改装。

对于该塔混凝土浇筑时间及钢筋上料等问题，考虑以增加施工机械为主，混凝土浇筑过程中赶浆法分层浇灌的开始点增加，加快施工速度。根据目前国内的施工经验和机械，以及现场情况，拟采用2座平桥（附着电梯）和2座垂直运输布料两用塔吊，在平桥和塔吊上加装拖泵，可同时解决混凝土浇筑及钢筋上料问题。

5 结语

通过技术、经济综合分析，3个配置方案的排序为：高位集水一机一塔配置、常规塔一机两塔配置、常规塔一机一塔配置，内陆核电工程推荐一台机组配一座高位集水冷却塔方案。