淺談旋轉式濺水碟在火電廠自然冷卻塔中的應用

程紅星

摘 要：簡要闡述了火電廠自然冷卻塔傳統RC型噴濺裝置與旋轉式噴濺裝置的優點、缺點，介紹了旋轉式濺水碟在火力發電廠自然冷卻塔中的應用，通過近2年在火電廠冷卻塔中的使用效果對比，有效地降低了循環水溫，達到了節能降耗的目的。

關鍵詞：火電廠 自然冷卻塔 濺水碟 節能降耗

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0029-02

大唐林州熱電有限責任公司裝機容量為2×350 WM機組，是由上海電氣集團公司設計、制造，2臺機組各配置設計由淋水面積為5 500 m2逆流式自然通風冷卻塔一座，冷卻塔主要設計參數如下。

（1）淋水面積為5 500 m2。

（2）塔高為115 m。

（3）進風口高為7.6 m。

（4）塔筒喉部高為92.0 m。

（5）塔頂出口半徑為27.25 m。

（6）塔筒喉部半徑為25.92 m。

（7）塔零米半徑為44.89 m。

（8）環板基礎半徑為45.76 m。

（9）水池是深為2.0 m。

（10）淋水裝置由進水壓力管、中央豎井、配水槽、梁柱支撐體系組成，為保證冷卻塔冬季運行效果，在塔內設置有隔風板，進風口處設置擋風板，均為玻璃鋼制作。

（11）噴濺裝置設計型號為RC型，噴頭口徑有26 mm、28 mm、30 mm共3種規格，總數為5 500套噴濺裝置（如圖1）。

1 傳統噴濺裝置的淋水特點

（1）自然通風冷卻塔在火力發電廠內是目前應用最為廣泛的一種冷卻塔，其工作原理是，挾帶廢熱的冷卻水通過分水系統（槽式加管式）分配到噴濺裝置，噴濺裝置將水打散變為小水滴，均勻的灑在淋水填料上，使其與空氣充分接觸，實現換熱的目的；其中的噴濺裝置的性能對換熱效果有著較大影響，其性能不僅影響噴濺裝置本身的換熱效果，還直接對主要換熱部件填料的性能有著較大影響，嚴重時還會影響到淋雨區的換熱和水塔的通風效果。

（2）理想的噴濺裝置噴濺出的水滴應均勻、細小、無中空、無傘狀水膜，這樣不僅可以保證水在填料頂面上分布均勻，而且通風阻力小，與空氣接觸面積大、充分發揮配水過程中的熱交換效率。

（3）目前國內常用的噴濺裝置主要有重力濺散型、反射型、旋噴型，上述噴濺裝置均無法完全實現上述要求，各種噴濺裝置的主要優缺點如下。

①重力濺散型（PC型、PT型（或RC型））：水流出噴嘴后在重力或出口壓力作用下沖擊下方的濺水盤，使水濺成水滴，故稱重力濺散型。缺點：噴濺范圍小，均勻性差，在填料上存在無水區、輕水區和重水區。

②反射型：反射型噴嘴下方有上、下重疊的兩層濺散盤，水向下沖擊下層濺散盤后經鋸齒撕裂反射至上層的上盤上，又經鋸齒再次撕裂，散落在填料上。缺點：水滴大、易掉頭、水頭小時，濺散效果較差，在填料上存在著無水區、輕水區和重水區。

③旋噴型：水流在噴頭的蝸型殼體中旋轉，在噴嘴出口形成旋轉水膜沖擊下方濺散齒環，水膜濺散成水滴。缺點：易堵塞、水滴大、均勻性差，在填料上存在著無水區、輕水區和重水區。

2 大唐林州熱電有限責任公司自然冷卻塔噴濺裝置目前存在的問題

自然冷卻塔噴濺裝置采用RC型固定式噴頭，內圈區域噴嘴口直徑為26 mm，內圈和外圈中間區域噴嘴口直徑為28 mm，外圈區域噴嘴口直徑為30 mm，共5 500套，噴頭間距為1 m。該固定噴濺裝置阻力損失較大，水頭小時濺散效果較差，噴濺范圍固定不變，均勻性差，中部容易產生氣塞，水壓太低時變成直流，并且在填料上存在無水區、輕水區和重水區，冷卻效果不佳，勢必會影響冷卻塔的冷卻效果，特別是經過4～5年一段時間的運行后，經過冷卻后的循環水溫最高時達到38 ℃（夏季），已經嚴重影響了機組經濟運行，并且造成過多的水資源浪費（如圖2）。

3 新型旋轉式濺水碟的的淋水特點

（1）新型旋轉式濺水碟包括連接管、支撐架、旋轉濺水碟與陶瓷旋轉裝置，支撐架固定在連接管的下部，在旋轉濺水碟得下端中心位置設計分體式陶瓷旋轉裝置，濺水碟上端面分布有旋轉槽，以增加水流沖擊后濺水碟的旋轉力度，旋轉濺水碟圓周邊緣均勻的分布具有徑向夾角的引導翅片，在支撐架底部設有座體，在座體的中心位置設有安裝孔，旋轉濺水碟通過分體式陶瓷旋轉裝置通過安裝在座體上的安裝空可自由轉動，旋轉部件的轉速能達到250～500 r，基本可保證在300 r/min，這樣的結構穩定性好、濺水碟周邊的翅片不易斷裂、運行中不易堵塞、不歪斜、無中空現象，大大提高了自然冷卻塔長期高效經濟運行的能力。

（2）旋轉式濺水碟克服了反射型掉頭、易堵塞、斷裂、散水不均勻等缺點，由于勻速旋轉，產生大小而又不等的規則水滴，均勻地無固定軌跡地散落在填料上，實現了水與空氣均勻接觸，在夏季高溫大負荷情況下，循環水量大，水位高、旋轉速度快、噴濺范圍將會增大，交叉淋水均勻性將會大大提高，多個噴頭的交叉作用的效果將會更好，能夠滿足大負荷發電的高真空要求。在冬季情況下，循環水流量減小，水位降低，如果濺水碟上不噴嘴不出現斷流現象，水靠自然下落仍會產生沖擊力，推動旋轉濺水碟旋轉，水流將繼續被分濺出去，灑水效果將不會惡化。在最差情況下，旋轉濺水碟不旋轉，水流經噴頭出水口流出將會通過直徑110 mm的濺水碟將水灑向四周，其噴濺范圍與均勻性也要優于其他3種固定型濺水碟。

4 旋轉式濺水碟在林州電廠的應用

（1）利用檢修機會對#2涼水塔噴濺裝置進行了更換為旋轉式濺水碟，在內圈區域安裝的濺水碟噴嘴直徑為26mm，在內圈和外圈中間區域安裝的濺水碟噴嘴直徑為28 mm，在外圈區域的濺水碟噴嘴直徑為30 mm，共5 500套，噴頭間距1 m。

（2）旋轉式濺水碟安裝后使用效果。

①濺水碟制造材質均用ABS工程塑料，在65 ℃條件下不軟化變形，在-30 ℃條件下不脆裂、不破碎，可在冷卻水采用城市中水介質下使用12年以上（如圖3）。

②旋轉式濺水碟淋水范圍大，淋水均勻性較好，不存在無水區、輕水區和重水區，能夠徹底達到均勻散水的目的，以提高自然冷卻塔的冷卻效率。

（3）旋轉式濺水碟經濟效益分析。

①在同樣水流能力下旋轉式濺水碟比傳統固定式噴頭的淋水面積增加30%左右見噴灑效果（見圖4）。

②自然冷卻塔冷卻水效果比對。對冷卻塔填濺水碟經過優化后，循環水溫得到了有效的降低，與2014年度同期相比，凝汽器進水溫度降低了2.73 ℃左右。

③對涼水塔濺水碟的更換后提高了機組的經濟性，經過計算，循環水溫每降低1 ℃可以降低發電煤耗0.56 g/kWh，年效益達84.12萬元。#2涼水塔濺水碟經過更換后綜合測算循環水溫降低了2.5 ℃，每年經濟效益可以達到210.3萬元。

5 結論

（1）旋轉式濺水碟安裝投運后檢查淋水效果發現，旋轉式濺水碟淋水范圍大，噴灑半徑達1 m左右，相鄰的濺水碟噴灑范圍可以相互交叉，能夠達到無中空效果，且淋水均勻，基本上不存在無水區、輕水區和重水區，達到了技術優化的理想效果。

（2）根據運行數據對比可以看到，#2冷卻塔濺水碟優化后冷卻效果明顯，經過初步計算，優化前比優化后冷卻能力提高了20%左右，出塔冷卻水溫降低了2.5 ℃左右，提高機組真空0.6 kPa左右，相當于每發一度電煤耗降低約1.4 g，一年內即可收回成本。

（3）在優化旋轉式濺水碟的同時對冷卻塔填料進行優化或進行冷卻塔填料翻塔作業，自然通風冷卻塔的冷卻效果將更加突出，年節能降耗目標更加明顯。

參考文獻

[1] DL/T 838—2003，發電企業設備檢修導則[S].

[2] 中南電力設計院，5500m2自然通風冷卻塔安裝圖[Z].

[3] 大唐林州熱電有限公司.#1、#2涼水塔噴嘴（濺水碟）、除水器、填料、玻璃鋼托架招標技術協議[Z].

[4] 泌陽市金強玻璃鋼耐材料有限公司.旋轉式濺水碟說明書[Z].

[5] 大唐林州熱電有限責任公司.汽輪機檢修規程（第4版）[Z].