(大唐七台河发电有限责任公司 黑龙江七台河 154600)
摘 要：对某350MW火力发电机组配用的4500m2逆流湿式自然通风冷却塔运行现状及设备状态进行了分析，针对其存在的问题，对其淋水填料、喷溅装置、除水器进行了升级改造。通过对冷却塔改造前后的热力性能进行实测，对比分析了冷却塔改造前后的冷却效果：改造后冷却塔的热力性能相比改造前提高35~40%，夏季设计工况出塔水温降低1.79℃，达到了预期效果。
关键词：逆流湿式自然通风冷却塔；升级改造；热力性能
冷却塔作为火力发电厂的重要冷端设备，其冷却性能的好坏对机组的经济性有重要影响。研究数据表明，对于300MW级机组，出塔水温升高1℃，机组煤耗增加0.798g/(kW•h)[1]。由于冷却塔的塔芯部件老化后大面积掉落，随循环水被送到凝汽器冷却管中，造成凝汽器冷却管大面积堵塞，严重影响机组真空和出力，甚至发生机组由于背压过高而引起机组停机的情况，所以保证冷却塔处于良好的运行状态是机组节能降耗的有效措施。然而，由于电厂对冷却塔重视不够，随着冷却塔运行时间的增加，冷却塔内淋水填料结垢堵塞，喷溅装置掉落、堵塞，除水器变形、掉落等问题时有发生，冷却塔的冷却效果呈逐年下降的趋势，严重影响机组的安全经济运行。本文以大唐七台河发电有限责任公司2号4500m2自然通风冷却塔为例，对冷却塔的设备概况、改造内容、改造前、后的热力性能对比进行了介绍，可为同类机组进行节能改造提供参考。
1.冷却塔现状分析
该4500m2自然通风冷却塔是美国GE公司亚临界350MW亚临界机组配用的冷端设备，2002年开始投入运行，已运行十三年。
1.1冷却塔的结构尺寸
该4500m2自然通风冷却塔的结构尺寸如表1所示。
表1-1 4500m2自然通风冷却塔主要结构尺寸
1.2供水与配水
冷却塔采用扩大单元制循环供水系统，竖井为四点式，配水系统为槽式配水，循环水由四个竖井分配给各主水槽、配水管、经喷溅装置喷洒在填料上，上塔母管管径DN1420mm。
1.3塔芯部件
冷却塔改造前采用“S”波型淋水填料，高度1.25m，材质为PVC。采用搁置法安装在玻璃钢托架上，上下层之间交错布置，玻璃钢托架型号为Ι70型。改造前除水器采用BO-160/45型除水器，材质为阻燃型玻璃钢，弧片高度160mm，片间距45mm，搁置在除水器支撑梁上。冷却塔采用TP-Ⅱ型喷溅装置，外围四排配水槽上安装喷头568套，其它配水槽上安装喷头1816套，分水槽和主水槽上安装喷头276套，全塔共2660套，喷溅装置间距1.25m。
由于该冷却塔采用的循环水水质较差，经过多年的运行冷却塔内淋水填料出现不同程度的结垢堵塞、老化，配水管内壁结垢使得配水管的流通面积减小，使得主水槽上面过道积水严重，配水管内壁结垢不但增加了配水系统的阻力，而且容易引起全塔范围内淋水密度不均，影响冷却塔的整体换热效果。改造前冷却塔内部分喷溅装置掉落或者配水管损坏，冷却塔运行过程中雨区有较多水柱流下。塔内除水器结垢变形严重，影响冷却塔的通风阻力和漂滴损失水量。
1.4冷却塔设计工艺参数
冷却塔设计气象参数（多年平均夏季10%气象频率参数）：大气压力979.5hPa，干球温度27.0℃，湿球温度21.1℃，相对湿度57%。冷却塔设计循环水量41000m3/h，循环水温差9.07℃，出塔水温保证值：31.52℃
2.改造内容
针对该冷却塔存在的问题，对冷却塔的塔芯部件进行了升级改造。
2.1淋水填料改造
针对改造前塔内淋水填料结垢、堵塞和老化问题，改造过程中采用单位体积换热面积大的高效斜波淋水填料对冷却塔的淋水填料进行整体更换，高效斜波长度：1000mm±10mm，高度：600mm±5mm，波高：25mm±1mm，片距：26mm±1mm，波距：50mm±1mm。分两层布置，淋水填料总高度1.2m。淋水填料托架采用FRP(玻璃钢)加密型，高度70mm。
2.2除水器改造
冷却塔原玻璃钢材质BO-160/45型除水器上淤泥较多且变形严重，影响冷却塔的通风阻力和漂滴损失水率。改造过程中除水器采用BO-160/45加筋波型除水器，材质为PVC，弧片高度160mm，片间距45mm，直接搁置在除水器支撑梁上。
2.3喷溅装置及配水管改造
针对改造前冷却塔内喷溅装置部分出现堵塞、掉落的问题和配水管内壁结垢问题，改造过程中对掉落、堵塞的喷溅装置进行了全部更换，喷溅装置型号仍采用TP-Ⅱ型喷溅装置，同时对内壁结垢的配水管进行了更换。
3.冷却塔改造前后热力性能对比
通过对冷却塔在一定气水比下系统气水介质各项参数的计算，确定冷却塔在此气水比下的热力性能参数。冷却数与气水比的关系是反映冷却塔换热能力的重要参数，也是进行冷却塔热力计算的依据，求得各工况下的冷却数是试验的主要目的。冷却数的计算方法：
（3-1）
（3-2）
式中：
—冷却数；
—水的比热容，kJ/(kg•℃);
—冷却水温差，℃；
—温度相当于进塔水温t1的水的饱和空气比焓，kJ/kg(DA);
—温度相当于出塔水温t2的水的饱和空气比焓，kJ/kg(DA);
—与进出塔平均水温tm相应的水的饱和空气比焓，kJ/kg(DA)；
—进塔湿空气比焓，kJ/kg(DA)；
—出塔湿空气比焓，kJ/kg(DA)。
用试验数据计算出的相应的冷却数和气水比，用最小二乘法整理出冷却数与气水比的关系式。即：
（3-3）
式中： 
—气水比，即进塔干空气质量流量与循环水质量流量之比；
A—试验系数；
n—试验指数。
3.1改造前后热力性能对比
依据中华人民共和国《工业冷却塔测试规程》（DL/T1027-2006）对该冷却塔改造前后的热力性能进行了测试，得到冷却塔改造前后的热力性能方程式。
改造前该冷却塔的实测热力性能方程式：
（3-4）
改造后改冷却塔的实测热力性能方程式：
（3-5）
在自然通风冷却塔常用气水比范围内比较该冷却塔改造前后的热力性能如表3-1所示。从表3-1可以看出，由于改造后采用片间距更小的淋水填料，增大了淋水填料的换热面积，同时对冷却塔的配水系统进行了改造，使得冷却塔的淋水更加均匀，避免了因塔内空气通道的短路未经过与循环水的接触换热就流出冷却塔的现象，提高了整个冷却塔的换热性能。冷却塔改造后热力性能相比改造前提高35~40%，明显改善了冷却塔的冷却效果。
表3-1 冷却塔改造前后热力性能对比
3.2改造前后出塔水温对比
采用焓差法[2]，根据对改造前、后冷却塔热力性能的测试结果和改造前、后淋水填料的热力性能方程式[3][4]（3-6）、（3-7）对该冷却塔在夏季10%气象频率参数（大气压力979.5hPa，干球温度27.0℃，湿球温度21.1℃，相对湿度57%）下的出塔水温进行了计算，循环水流量41000m3/h，循环水温差9.07℃，此工艺条件下冷却塔改造前的出塔水温为32.93℃，改造后的出塔水温为31.14℃，同等条件下改造后出塔水温相比改造前降低1.79℃。
冷却塔改造前淋水填料阻力性能方程式如式（3-6）所示。
（3-6）
其中：
冷却塔改造后1.2m高度高效斜波的阻力性能方程式如式（3-7）所示：
（3-7）
其中： 
式中：
—淋水填料阻力，Pa；
—进塔空气密度，kg/m3；
—淋水填料处平均风速，m/s；
—淋水密度，t/(m2•h)。
4.结论
冷却塔运行多年后塔芯部件出现不同程度的结垢、堵塞、变形等问题，影响机组的安全经济运行，通过对冷却塔的塔芯部件进行更换改造，消除冷却塔的设备缺陷，可明显提高冷却塔的冷却效果，提高机组运行经济性。以某4500m2冷却塔为例，通过塔芯部件更换等一系列改造措施后，改造后冷却塔的热力性能相比改造前提高35~40%，同等条件下冷却塔出塔水温降低1.79℃，取得了较好的改造效果。
主要参考文献:
[1] 李秀云，林万超，严俊杰，等.冷却塔的节能潜力分析[J]，中国电力，1997（30）10:34~36.
[2] GB/T50102-2003，工业循环水冷却设计规范[S]. 2003:1~6.
[3] 西安热工研究院有限公司.大唐七台河发电有限责任公司2号4500m2自然通风冷却塔热力性能诊断试验报告[R].2014.
[4] 西安热工研究院有限公司.大唐七台河发电有限责任公司2号4500m2自然通风冷却塔改造后热力性能试验报告[R].2015.
论文作者:高佳亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/27
标签：冷却塔论文; 热力论文; 填料论文; 性能论文; 水温论文; 机组论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第23期论文;