摘要：孟加拉G电厂建设有30台钢混结构逆流机力通风冷却塔，系统已运行20多年。本文为该厂机械通风冷却塔制订一套改造执行方案，有效地解决了该厂机械通风冷却塔维护与改造任务，恢复了原设计循环水换热冷却工作需求。本文结合该厂工艺系统及冷却水水质的特点，利用目前广泛使用的工艺与材料特性，对收水器、配水系统、填料系统的设计选型和选材进行全面更新，换热效果进一步得到提升；同时，对风机系统进行维护或更换，则有效地恢复解决了冷却风量的问题。
关键词：机械通风；冷却塔；改造
一、工程概况
南亚孟加拉国的国家电力发展委员会（BPDB）业主方计划求对G电厂#4机组进行重新改造将原燃气机组改造成燃机联合循环机组，联合循环机组净出力409MW。工程建设范围包括一套400MW等级的高效一拖一双轴联合循环发电机组，机组包括一台低NOx燃气轮发电机组、一台余热锅炉（HRSG）及其相关的辅助设备，保留原有的苏制210MW凝汽式汽轮发电机组；同时工程范围包括对原有3/4机组的冷却塔设备进行维护和改造工作。我司于2016年与孟加拉国电力发展委员会（BPDB）签订了本工程项目的EPC工程合同，项目于2016年11月正式开工。工程技术人员需考虑在满足相关技术要求的情况下，同时尽可能控制改造成本，力求经济效益最大化，这对改造方案的选择提出了较高的要求。
二、原有冷却塔概况
G电厂为原苏联于上世纪建设的老厂项目，该厂循环水系统为开式循环水冷却方案，循环水直接从河水上游取水，回水排放至河岸下游。该电厂同时配置有一套机械通风冷却塔作为极端功况下的冗余配置，建设有30台钢混结构逆流机力通风冷却塔，由5组平行排列设置，每组均由6个可独立运行的单元格组合布置。通过系统运行工艺流程和水泵单元参数估算，分摊到单元格冷却塔运行水量为1833m3/h。单元格塔淋水断面尺寸为12.5m×15m，塔顶配置直径Ф7000mm机翼型轴流风机，驱动装置采用原苏联生产的低转速75kw电机无齿轮驱动器直接驱动。冷却塔系统已经过20多年的运行。
G电厂的循环冷却水系统图
经过多轮的现场考察和评估，该厂的机械通风冷却塔状况如下：
1、原塔散热材填料采用的为石棉材质波形板结构，其片距排列不均匀，片型简单，部分区域已变形，内部通道有堵塞现象且单片厚度较厚，整体风阻大，气水换热效果差。
2、原塔收水器也同样采用石棉材质的弧形板结构形式，组合块部分已损坏、缺失，片距不规整，截面气流阻力大，漂滴现象明显。
3、配水形式采用上喷淋布结构，由于上塔吸水泵直接抽取了回水沟渠内的水流，回水沟渠为敞开型，期间有外界杂物进入系统内，导致部分喷头出口堵塞，也影响了配水系统各分布压力，部分喷头发现已损坏或发生断裂，致使冷却塔布水不均匀，影响了换热效能。
4、风机系统采用翼型轴流，由多极型电机一体驱动器直传运行。目前部分发生故障的风机系统已停运，部分冷却风机组无法启动，冷却塔的运行风量及冷却效果已大打折扣。
三、改造方案思路和分析
机械通风冷却塔的改造思路原则应为通过对塔芯部件的改造优化升级，进一步提升现有冷却塔的能效，满足机组技改后的运行需求，塔组件改造后在满负荷工况及风机正常运行下满足单元格处理能力2600m3/h，冷却水出水温度小于38℃的温降效果，同时根据季节的变化调整，或在自然冷却运行工况下也较有相应的效果。技术上综合分析和比较类似项目改造的经验，改造思路主要从以下几个方面进行优化或维护。
a)更换收水器系统，提高收水效能，降低漂滴损失；同时降低收水器截面层阻力，使塔内气流场更趋均匀。
b)更换散热填料，扩展散热材比表面积，提高散热材料热力特性，优化和降低整塔风阻，提升水气热交换效能，同时填料的选型满足水质运行工况和方便日常维护管理。
c)对配水系统进行维护或更新，消除目前布水故障和缺陷，提升整塔布水的均匀性，使散热材料发挥最佳效果。
d)对现有风机系统及驱动器进行复查，维护或更换部件，保持或恢复风机运行的完好率。现存叶片、叶轮采用的为钢制机翼形式结构，对于更新部分采用玻璃钢材质的模压叶型，对提高风机性能会有较大的帮助。
1、配水系统
G厂原有的内部管网设计由32支DN160配水支管组成一套布水管网系统，布水系统为上喷式。由冷却水水质为河水，水质相对不稳定，综合评估推荐考虑更换成UPVC配水管网，且喷头改用下喷式方案。布水喷头采用ABS材质三溅式防松喷头，该种喷头对水力负荷有较大的适应性，不易堵塞，能够满足配水系统长期安全运行的使用需要。咨询有关制造厂分析，三溅式防松喷头有如下特点：a)布水均匀，确保配水均匀；b)操作弹性大，不同位置喷头的布水流量偏差小于5%，对水力负荷具有较高适应性，如在运行负荷达到120%时仍可正常工作，运行负荷降低至80%时整塔布水均匀性不受影响。c)维持保养成本低，由于喷头为一次注塑成型的一体件，塔内喷头互换性高，安装拆卸方便，保养工作简便易行。
2、收水器
对老厂塔内收水器进行全面更换是改造的必要部分，改造采用SJ型高效低阻加筋弧形收水器。此类收水器的特点为在原弧形收水器的设计基础上增设两道阻水筋，能有效阻止水滴在收水弧面上的延流，避免常规弧形收水器开成的二次飘水现象，从而大大提高了收水效率。在产品选型过程中，要求制造厂按造相关行业标准进行制造和检验。咨询有关制造厂分析，反馈SJ型高效低阻加筋弧形收水器有如下特点：a)收水效率高，飘水损失极低，由于减少了补水量，也能够降低对周围环境影响；b)低阻节能，气流阻力小，在2.8m/s风速下，通风阻力损失小于0.8mmH2O；c)阻燃性能高，由于使用阻燃材料，阻燃氧指数不小于33；d)使用寿命长，改性PVC材质中含有一种进口碳黑原料，产品具有优越的抗紫外线、搞老化和机械性能，正常使用条件下，使用寿命预期可达15年。e）具有一定强度，安装维护方便，由于收水器片采用机制挤拉成型，片厚0.6~0.8mm，片与片之间采用专用的承插连接件进连接，具有良好使用强度和整体刚性，安装维修方便。
3、填料
填料部分的更新和选择为冷却塔改造的核心内容之一，冷却塔漆水填料的散热能力占整个塔冷却能力的80%以上，直接影响了冷却塔改造后的运行工况和冷却效率，因此淋水填料的选用显得至关重要。原塔散热材填料采用的为石棉材质波形板结构，内部通道已有堵塞现象且单片厚度较厚，整体风阻大，气水换热效果差，因此势必需要进行更换。对比当前国内外冷却塔的最新工艺和材料，冷却塔填料主要选择方案有：
a)IC-D型薄膜填料，该填料采用容积散热系数较高的斜梯波型薄膜淋水填料，材质为改性PVC全自动真空吸塑成型，成型后均匀美观，力学性能和技术指标达到国家电力行业标准要求。咨询国内制造厂家推荐该型号填料适用于浊循环水系统，具有高交低阻的特点，即热力性能好，设计风量可相应减少，填料阻力有效降低。
b)IC-A型薄膜填料。我司已建冷却塔项目有采用所采用的填料型号，此填料热力性能较好，填料内的水速相对较慢，但容易污染，价格也偏高。
c)GZ型塑料格栅填料。此种填料专为浊循环水系统而设计，孔眼50*50mm，采用点滴薄膜工作原理，在有效的淋水空间内，交错排布的填料层将淋水溅散成无数小水滴，增加水与空气的接触面积，水气进行充分的热交换，通畅的气流空间使通风阻力更小，能减少堵塞现象的发生，且价格相对低一些。
经复核现场条件，原有填料距离管道中心高度0.9米，若全部填料改为浊水型格栅填料，为保证使用冷却要求最少需2.03米高的填料，如此填料的顶距离管道中心距离仅1.07米。改造选用的下喷式喷头所需的正常喷淋高度为0.9米，加上喷淋设施的高度约0.25米，则所需的喷淋高度约为1.25米>1.07米。因此，技术分析为保证喷淋冷却效果，本此改造采用混装式淋水填料，即下部组装0.75米高度的大孔径防堵薄膜填料，上部安装8层GZ型网格填料，高度为1.03米，填料总安装高度为1.78米。此时填料高度即能满足热力性能力的要求，又能保证喷淋空间的需求。
4、风机设备
风机叶片更换，选用加强型环氧玻璃钢叶片，迎风面包覆聚氨脂胶粘带防冲刷保护层，可有效防止出塔湿空气中夹带的水滴对叶片的冲刷破坏，极大地延长了叶片的使用寿命，同时风机运行效率提高，有效降低风机电耗。另外，叶片及轮毂采用等力矩设计，叶片可互换，利于运维管理。
对全部风机电机及传动设备进行试运检查，对于确实无法运转和修复的部分，由于老厂设备年久失修，且无法联系取得原设备制造厂的支持，现场缺少备件和维修部件，拟采用更换全套中国产风机系统作为备选方案。图示如图2：
四、技术改造方案的选择
1、收水器
拆除冷却塔原有石棉板型收水器，采用SJ型高效加筋弧形收水器，材质为改性PVC。
2、配水系统
保留原有上水方式及塔内主干管道，配水形式采用下喷形式。割除原有支管，在原位置重新焊接下喷形式配水支管，配水支管及喷头接头安排制造厂进行工代化预制及防腐处理，发工程现场安装。设计上对喷头出口通径较原适当进行调整，保障杂物不易堵塞。
喷头采用均溅式防松喷头，材质为ABS。
3、填料系统
拆除原有石棉材质的波形填料，在原填料层混凝土梁上铺设一层玻璃钢网格托架；填料托架上铺设全新的IC-D型薄膜填料，材质为改性PVC。在薄膜填料上方均铺一层GZ型网格填料，材质为改性PE，利于布水的二次溅散和后续作业人员的日常维护和检修，也便于对杂物的收集和清理工作。
4、风机系统
更换冷却塔组全部叶片、叶片固定座，更换后的叶片应为机力塔专用玻璃钢轴流风机叶片，由高强度环氧玻璃钢模压成型。对全部风机驱动电机及执行机构进行检查试运，部分设备检修处理后继续使用；对于损坏严重的按整套更换处理。
5、其它
为冷却塔系统增加自动化控制与监测措施，提供一套PLC控制系统对风机及系统进行远程控制和监视。为适应改造电源动力系统所需，对所有400V动力柜进行检修，更换新的电源柜。对其它附属设施如围护结构、建筑平台等做相应的维护。
图2
五、技术总结
通过制订以上的执行方案，有效地解决了该厂机械通风冷却塔维护与改造任务，恢复了原设计循环水换热冷却工作需求。结合该厂工艺系统及冷却水水质的特点，利用目前广泛使用的工艺与材料特性，对收水、配水系统、填料系统的设计选型和选材进行全面更新，换热效果进一步得到提升；同时，对风机系统进行维护或更换，则有效地恢复解决了冷却风量的问题。
这一次机械通风冷却塔维护与改造经验，给有关工作人员提供借鉴和参考。
参考文献
[1]GB/T50392-2016《机械通风冷却塔工艺设计规范》；
[2]DL/T742-2001《冷却塔塑料部件技术条件》
论文作者:潘向前
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：填料论文; 冷却塔论文; 风机论文; 喷头论文; 系统论文; 水系论文; 叶片论文; 《电力设备》2018年第16期论文;