火電機組冷卻塔節能改造技術分析

陳寶祥

【摘 要】火電機組冷卻塔經過長期運行，塔內的部分填料、噴頭、除水器已老化、堵塞、破損或變形，塔下部立柱、人字架及底墩、橫梁及進水管等受冷卻水侵蝕比較嚴重。文章介紹了大部分火電機組冷卻塔目前存在的主要問題，并針對其問題提出了主要技術改造措施，包括淋水填料改造、除水器改造、冷卻塔內除污等，并給出了設備改造后的性能數據及相關評價。

【關鍵詞】冷卻塔 火電機組 節能 技術改造

1 火電機組冷卻塔存在的主要問題

冷卻塔性能惡化對機組出力和供電煤耗的影響非常大，長期低真空運行影響到機組的安全運行。冷卻塔效率降低的因素有很多，例如冷卻塔塔內的填料、噴頭、配水管有不同程度的損壞、積灰和堵塞，塔內存在直徑大于100mm的水柱以及冷卻盲區，從落水至集水池面的陰影看，存在疏密不均的情況，填料結垢和淤塞較嚴重，多層流噴頭在目前水質條件下極易結垢，而使底盤的泄水孔堵塞，失去了多層濺散的功能，部分噴頭底盤脫落，形成水柱，直沖而下，從而降低了冷卻效果，導致冷卻塔冷卻效率降低，出塔水溫升高，使凝結器真空降低，影響了機組運行的經濟性。

2 大部分火電機組冷卻塔改造方案

針對冷卻塔出現的問題，對冷卻塔實施技術改造有其必要性，改造的方案主要有：

2.1 更換冷卻塔塔內的全部填料與噴頭

目前，冷卻塔塔內的填料、噴頭、配水管均有不同程度的損壞和堵塞。從落水至集水池面看，塔內配水系統存在配水不均、填料結垢和淤塞的情況。同時，多層流噴頭在現有循環水質顆粒物較多的情況下極易結垢，多數噴頭底盤的泄水孔出現堵塞，已失去多層濺散的功能，而部分噴頭甚至底盤脫落，形成水柱，從而大大的降低了冷卻效果，導致冷卻塔冷卻效率較低，影響到機組運行的經濟性。例如，某廠改造采用濺散性好的TP-Ⅱ型噴頭，克服了多層流噴頭易堵塞的缺陷，同時對塔內填料層進行了整體更換。

2.2 除水器的改造

更換損壞的除水器材料。自然通風冷卻塔較常用的除水器有：BO160-45型、BO145-42型、BO160-50型。例如，某廠除水器弧片采用PVC制成，其規格為BO160-45，除水效率>99%，PVC除水器弧片的物理力學性能符合規定，使用壽命不低于20年。

2.3 清除冷卻塔內各處的結垢和淤泥

定期的清除冷卻塔內各處的結垢和淤泥可延長冷卻塔的運行時間，對冷卻塔的安全運行有一定的作用。

2.4 冷卻塔立柱防腐

冷卻塔立柱防腐技術對于涂料有一定要求：所用涂料應具有產品質量合格證和出廠化驗報告；所用涂料應具有以下性能：耐氣候老化、耐濕、熱，抗寒性能好耐水性能好、具有抗水、汽滲透性、耐酸堿腐蝕、致密性好，附著力強、抗裂、防霉、抗菌和施工簡便，干燥快。除此之外，還要做好冷卻塔立柱上的青苔、灰塵的清潔工作，這也是冷卻塔立柱防腐工作的有效手段。

3 座自然通風冷卻塔的設計

3.1 某一號廠#1、#2機組冷卻塔

改造前，冷卻塔采用S形梯波淋水填料，填料高度為1.25m；塔中央設一個鋼筋混凝土矩形豎井，斷面尺寸為3.00m×3.00m，內圍配水區域關閉時，豎井水位為12.238m。主水槽有兩條為雙層，其斷面尺寸上層為1.20m×1.00m，下層為1.40m×1.00，呈正交布置，豎井內圍水槽進口設閘門，（帶啟閉機操作），用以關閉塔內圍區域配水，以適應部分熱負荷或機組啟動時熱負荷過小的情況下的運行要求，及冬季運行的要求。主水槽頂部設有通氣管用以排出水槽內的空氣。配水管分別由主水槽上下兩層接出，上層兩條1.20×1.00水槽，負責內圍配水，其余四條負責外圍配水，配水噴嘴的間距均為1.00m，呈正方形布置。噴濺裝置為多層流型噴頭。配水管直接懸掛在擱置除水器的梁上。除水器型號為B0-45/160型。塔水池底板設由排泥溝道，池壁處留有排泥車道，在池外設有沖洗水接口，以便進行塔內清除淤泥和清洗。水池內設有溢流管和放空管，循環水進入循環水溝處設有粗欄柵。冷卻塔設計參數：當地大氣壓：814.9hPa；空氣干球溫度21.4℃；空氣相對濕度80%；相應的冷卻塔出水溫度為：27.32℃；設計進塔空氣量： 17352.53t/h。

3.2 某二號廠#1、#2機組冷卻塔

改造前，配備一座4000 m2的逆流式自然通風冷卻塔。冷卻塔淋水填料采用PVC雙斜波Ⅰ型，管式配水，布置高度為1米，為二層正十字交錯布置，噴濺裝置2007年由反射Ⅲ型更換為新型的多層流型噴嘴；除水器采用160-45型玻璃鋼除水器；填料托架為水泥結構型式。冷卻塔設計參數：干球溫度θ=20.1℃、濕球溫度：τ=18.6℃，相對濕度?=87% ，大氣壓力Pβ==81.09kPa，冷卻水溫降9.02℃。

3.3 冷卻塔測試結果評價

冷卻塔改造評價的目的是，在相同的測試條件和工況下比較冷卻塔的冷卻能力，即比較冷卻塔的實測冷卻水溫降與設計冷卻水溫降。同時，還要比較改造前后出塔水溫與環境干球溫度的差值。根據實測工況參數，按設計或制造單位提供的冷卻塔熱力性能曲線或公式，計算出實測參數下冷卻水溫差 與該工況下的實測冷卻水溫差 之比，按下式計算評價指標：

4 改造前后熱力性能及經濟性

4.1 改造前后熱力性能試驗

上述4座自然通風冷卻塔技術改造前后都進行了熱力性能試驗，其試驗結果如表1。

由表1看出，改造后的冷卻塔實測冷卻能力都超過了設計工況要求：某一號廠#1提高了27%；某一號廠#2提高了34%；某二號廠#1提高了8.492%；某二號廠#2提高了12.034%。從結果可以看出改造后的冷卻塔的冷卻能力大大提高，按照冷卻塔試驗規程的評定標準：冷卻能力大于105%，則視為超過設計要求。

4.2 改造前后出塔水溫比較

表2列出了4座冷卻塔改造前后的出塔水溫比較，改造后一般都降低了7 ～12℃左右，冷卻塔采用PVC塔芯材料后，出塔水溫都比設計出塔水溫值低，說明冷卻塔淋水材料的效果較好。

4.3 改造后的經濟性

冷卻塔造后，機組真空值提高，煤耗可降低，按照某二號廠#1計算，經改造后冷卻塔夏季出水溫度降低7.72℃左右，真空可提高0.32kPa。由于夏季較高的空氣溫度會使冷卻能力下降，降低機組真空，根據近年來的機組運行統計，機組真空在每年的四月初至十月末偏低，每年產生效益的小時數為：7×30×24=5040h；如果機組負荷率按額定負荷的80%來計算，機組在7個月中的發電總量為：300000×0.8×5040≈1.209×106MWh；按照真空提高0.32kPa，煤耗降5.8g/kWh來計算，每年可節約標準煤：1.209×106×5.8=7012.2t，標準煤價格按500元/t來計算，每年可節約資金350.61萬元。

5 結語

節能改造后，性能試驗的環境溫度降低，有利于冷卻塔的運行和冷卻效果的提高。冷卻塔冷卻效率提高，冷卻能力超過設計要求，機組出力增加，機組真空明顯提高，發電成本降低，發電效益增加， 有利于機組的長期安全經濟運行。而且，淋水填料、淋水托架、配水不均等問題也得到了解決，冷卻塔的冷卻效率提高，改造后機組真空明顯提高，發電成本降低，發電效益增加，有利于機組的長期安全、經濟運行。建議今后定期對冷卻塔配水、淋水填料、除水器、噴頭等進行檢查，對循環水質、冷卻倍率進行嚴格控制，保持冷卻塔的冷卻效果處于最佳狀態。

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