摘要：在工业生产中，自然通风逆流湿式冷却塔是其中很重要的冷却设备，应用最为广泛的环节就是热力系统循环水的冷却中。轻型结构材料冷却塔，与传统水泥冷却塔相比，主要采用的是玻璃钢及钢材料，节省了材料，降低了成本，缩短了施工周期，并且安装更加简便，有效地节省了人工成本，同时其还有较好的抗冻性。轻型结构冷却塔的研究发展会为冷却系统设计提供新的选择，也会对材料更加充分的利用，为企业节约成本，具有重要意义。
关键词：冬季严寒地区；湿式冷却塔；防冻措施
引言
我国东北严寒地区冬季环境温度低、昼夜温差大，经常发生湿式冷却塔严重结冰而损坏水塔配水系统、淋水系统等事故，甚至发生整个塔体结构受损，严重影响机组经济运行。目前，冬季大部分火力发电企业的湿式冷却塔仍采用传统的拆装挡风板、悬挂挡风帘、百叶窗等方法来解决水塔及其附属设备结冰问题，防冻方法存在不足之处，防冻效果也有待进一步提高。
1湿式冷却塔的工作原理
自然通风逆流式冷却塔在国内火力发电企业应用较为普遍的一种湿式冷却塔，这种冷却塔常采用双曲线结构，钢筋混凝土浇制，设有较高的通风筒，利用风筒抽力将塔内所需要的空气抽吸入塔中。塔筒底部为进风口，用人字柱或交叉柱支承，空气从进风口进入塔体，穿过填料下的淋雨区自下而上流动，与水流方向相反。冷却塔本身具有配水系统，将热交换后的循环水回水通过喷溅装置，均匀地洒到填料上，在填料中与空气对流换热后呈雨滴状落入蓄水池，再由循环水泵抽走进入下一循环周期，如图1所示。
图1 自然通风逆流冷却塔工作原理图
2冷却塔结冰原因
在冬季环境温度较低，被冷却后的水在向下滴落时，遇到从进风口进入的冷空气，部分水就会预冷凝结成冰，挂在进风口处横梁或立柱周围。在填料区，通过填料后，循环水温度下降，遇到外界冷空气，有时因为配水不均，造成局部淋水密度很小，这些都有可能会使填料、填料托架及平台周围产生结冰现象。在配水管内或槽内，也有可能因为含有少量积水而发生结冰。还有在集水池中，由于落入集水池的水没有排空，可能出现结冰。
3冷却塔结冰危害
(1)塔体本身及混凝土结构发生冻融损伤，降低使用寿命。
(2)填料易冻碎寿命减少，增加投资。
(3)增加塔体结构的荷重，填料塌落。
(4)影响进风量增加风阻，使冷却效果下降。
(5)增加日常维护工作量，严重时危及人身安全。
4冬季严寒地区湿式冷却塔防冻措施
文中提倡坚持“预防为主，综合治理”的方针，前期及时进行清污修复工作，运行中积极采取干预手段调整运行方式;另一方面，根据各厂的实际情况有序地采取防冻设施改造，严防严控冷却塔冬季结冰问题对机组造成不利的影响。
4.1在冷却塔底部加装辅助百叶窗
冷却塔的防冻一般是由安装在进风口外侧的百叶窗来完成，为进一步提高防冻效果，还可在风筒上设计风窗。与水泥冷却塔不同，轻型冷却塔的塔体外侧是由面板一块一块拼接而成，因此可以在某一层的面板上加装数个可调节风窗。它的作用是在冬季运行时，可开启可调节风窗，使环境中的冷空气直接进入塔内，与塔内的空气进行混合，降低塔内空气的温度，降低塔的抽力，从而降低进风口处迎风面的风速、起到辅助防冻的作用;但是如果风窗加装得过多，在夏季有可能因为密封问题而使塔的冷却效果降低。冷却塔辅设可调节风窗的开启范围，从0°-60°，开启到60°时，通风面积最大。冷却塔可调节风窗的控制方法有两种:一是人工控制，即操作工人直接控制风窗的开启范围;二是自动控制，即操作工人在地面可以很方便地操作。
4.2在进风口处加装金属网形成冰幕防冻
此种冰幕防冻系统为国外最新的一种防冻措施。在冷却塔进风口挂一层镀锌铁丝网，在网的上部设一根结冰用的喷水管，在网的中部设一根化冰用的喷水管，两根管均采用电动阀门控制。当冬季环境温度低于0℃时，打开结冰管，向网上喷水，使网上结一层薄冰，形成一道冰幕墙，起挡风板的作用。中部化冰管用于控制结冰围幕的高度，以保证出水温度不低于10℃。这一系统可以将结冰范围人为地控制在金属网上，从而保护了冷却塔其他部件不受冻融破坏;但是，冰幕墙的调整反应时间较慢，不能及时适应气温骤降及在冬季机组负荷突然变化的情况。
4.3优化配水系统
在冷却塔冬季运行时首先保证外区配水，增大外区淋水密度，使进风口处的填料下部无法结冰。例如某塔的进水系统由两根主进水管进入塔内至中心分水器，一根主进水管的水经中心分水器通过中心上水管到中间配水区域，另一根进水管通过中心分水器分为4路通过4条分上水管分别进入周边的4个扇形配水区域。在夏季运行时，两根主进水管全部开启，达到最佳的冷却效果;在冬季运行时，关闭进入中心配水区域的进水管，使全部的热水进入周边的4个扇形配水区域，加大周边配水区域的淋水密度，达到防止结冰的作用。两根主进水管道的开启均在塔外控制。此种方法可以有效的缓解填料及平台周围的结冰现象，但是对于塔进风口周围的影响很小。
5实例分析
以东北地区A发电企业两台300MW供热机组为例，1号机组采用挡风板未进行内部封堵;2号机组采用挡风板并结合内部配水系统临时封堵。供暖期结束后2期机组未见明显淋水不均匀和水柱问题，但1期机组多处配水不均匀，同时伴有水柱问题，反映出其内部的填料损坏情况的严重情况。
另外，2号机组经过防冻设施的优化升级改造，有效地提高冬季汽轮机的经济性，汽轮机真空平均升高0．6kPa，综合降低发电煤耗1．98g/(kWh)左右，按机组冬季平均每天发电量480万kWh、供热期6个月、电力标煤单价350元/t计算，本年度供热期节约标煤1711t，降低生产成本59．88万元。同时降低冬季手动除冰工作量，由此延长冷却塔使用寿命降低结冰和冻溶造成的损失，以及避免非计划停机或降出力造成电网考核损失，扣除前期投资每年直接收益30万元/年左右。
结语
冬季严寒地区湿式冷却塔的防冻问题应该引起电力企业的足够重视，一旦采取措施不当或重视程度不够，将会影响整个机组冬季运行的经济安全稳定性，特别是冬季严寒地区机组大部分均承担供暖任务，一旦停机将会给居民生活带来不可估量的影响。同时，由于冷却塔的结冰问题造成机组经济指标下降，在供暖阶段就将产生一笔不小的开支。建议企业长远布局，积极应对，将冬季冷却塔结冰带来的危害降至最低。
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论文作者:马国江
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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