火電廠循環(huán)冷卻水塔內(nèi)部噴嘴和填料的節(jié)能改造探究

摘 要：火電廠的循環(huán)冷卻塔（以下簡稱冷卻塔）是火電廠熱力系統(tǒng)的主要組成部分，與電廠的運行經(jīng)濟性密切相關(guān)，其冷卻性能直接影響凝汽器的真空，進而影響機組的能耗水平。冷卻塔的主要部件由填料、噴嘴和阻水器等構(gòu)成，在其它外在條件不變的情況下，其中填料和噴嘴的形狀、材質(zhì)和運行狀況的好壞，直接影響到電廠循環(huán)水的溫度，從而影響了電廠的發(fā)電效率。長期以來電廠內(nèi)的專業(yè)人員對冷卻塔的效率的研究較少，而且隨著電廠運行時間的加長，填料和噴嘴的性能下降非常嚴重，在大力提倡節(jié)能降耗的今天，對填料和噴嘴的研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文以某電廠冷卻塔作為研究對象，并結(jié)合實際冷卻水溫和噴濺均勻度等對填料和噴嘴的材料和形狀等方面進行論述，研究和試驗。結(jié)果表明，填料和噴嘴改造具有較好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：火電廠；冷卻塔；水溫；填料；噴嘴；試驗

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0046-02

引 言

江蘇北部地區(qū)某電廠，兩臺亞臨界300MW機組，投產(chǎn)時間約10年，冷卻塔冷卻效果差，出塔水溫偏高，較類似機組出水溫度高1℃左右。冷卻水塔淋水噴濺裝置效果差，存在配水不均勻，噴濺霧化效果差的狀況。本文主要參考該電廠狀況進行論述，通過對冷卻塔填料和噴嘴的改造來實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。

1 某電廠的冷卻水塔現(xiàn)狀

該冷卻塔由集水池，人字支柱，筒壁，淋水裝置組成。淋水填料采用輕型高效PVCS波塑料填料，冷卻塔內(nèi)裝二層淋水填料，每層高500mm，第一層填料放置在玻璃鋼托架上，并與托架成正交錯布置。配水管采用硬聚氯乙烯管道；除水器采用160-45型，采用PVC材料。玻璃鋼托架I58型，采用FRP材料。噴濺裝置采用反射TP-Ⅱ型噴嘴，部件均用ABS工程塑料。

冷卻塔的基本參數(shù)如下：

塔型：雙曲線自然通風逆流式；

淋水面積：5500m2；

塔總高：115m；

進風口高：7.6m；

頂部直徑：54.5m；

填料頂面高：9.1m；

噴頭底至填料頂凈高度：0.79m；

設(shè)計流量：39600m3/h。

某電廠機組容量330MW，投產(chǎn)時間為2005年6月。投產(chǎn)以來，由于一些原因，造成冷卻水塔填料層內(nèi)沉積的淤泥較多，填料的波形已基本失去作用，冷卻塔冷卻效率越來越差。對300MW機組而言，凝汽器冷卻水進口溫度（即冷卻水塔出塔水溫）降低1℃，汽輪機排汽溫度也降低1℃，相當于凝汽器背壓降低0.2～0.4kPa。

某科研院所對該水塔進行了性能測試，測試的結(jié)果表明：

該水塔經(jīng)試驗其冷卻能力值為86.53%，未達到設(shè)計冷卻能力（90%）。該水塔在夏季頻率10%氣象條件下，計算出塔水溫為33.75℃，比設(shè)計出塔水溫值32.72℃降低了高1.03℃，出塔水溫偏高。

2 節(jié)能改造方案

2.1 填料層高布置優(yōu)化（不等高布置）

傳統(tǒng)設(shè)計大都將冷卻水塔塔內(nèi)的氣流流場假設(shè)為一個均衡的狀態(tài)，因此淋水填料的布置均按等高的方法布置，而實際情況冷卻水塔內(nèi)的氣流狀態(tài)并不是均衡的，進風口區(qū)間、中央豎井周圍的區(qū)間以及沿徑向的不同區(qū)間，其空氣流速均不相同。首先是進風口區(qū)，相對于進風口塔壁上檐處，這里有一個尖端效應區(qū)，一般有1～2m的范圍，而越過這個區(qū)間向塔中心的空氣流速由高風速逐漸向低風速轉(zhuǎn)變，到達中央豎井時，風速最低。通過大量的測試數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬的結(jié)果，塔內(nèi)氣流流態(tài)可以以下面的圖形來描繪。

風水匹配的概念即淋水填料的布置必須與冷卻水塔內(nèi)的氣流速度相對應，使高風速區(qū)得填料能夠充分地發(fā)揮冷卻作用，使低風速區(qū)的填料阻力降低，同樣能取得較好的冷卻效果。因此我們可以將高風速區(qū)間的填料高度適當加高，將低風速區(qū)間的填料高度適當降低，使之風速、淋水密度和填料高度相匹配，從而提高冷卻效率。

2.2 噴濺裝置優(yōu)化

離心式高效噴濺裝置是采用進口高分子耐磨軸承，在不施加外力的情況下，利用管道內(nèi)循環(huán)水的余壓，使噴濺得以旋轉(zhuǎn)，形成離心力，并使噴濺由傳統(tǒng)噴頭的單一拋物線運動變?yōu)樵谧鲂D(zhuǎn)運動的同時又做拋物線運動，不僅增大了噴濺半徑，有利于水流之間的交叉，填補空白，消滅中空，使布水更加趨于均勻，而且延長了循環(huán)水在空中的流經(jīng)時間，大大提高了配水系統(tǒng)的冷卻效率。離心式高效噴濺裝置的結(jié)構(gòu)如圖2～3。

2.3 改造方案的具體實施

2.3.1 更新部分填料

新填料選型為改進型S波親水性淋水填料，片距30mm。采用風水匹配數(shù)值模擬的結(jié)果作不等高布置，根據(jù)噴濺裝置底部到填料頂面的距離，以不影響噴濺效果為前提，布置高度按900mm、1000mm、1125mm三個高度分布，全塔填料容積達到5733m3，比原設(shè)計增容233m3，布其高度組合和分布范圍如下：（以淋水層平面和中央豎井及四條主水槽為分界線，將淋水層平面劃分為四個象限，單個象限的填料布置見圖4）。

900mm=500mm+400mm（分布范圍中心至半徑18.7m的圓形范圍）；

1000mm=500mm+500mm分布范圍中半徑18.7m至半徑26.5m的環(huán)形范圍）；

1125mm=500mm+625mm（分布范圍中半徑26.5m至半徑39.7m的環(huán)形范圍）；

1000mm=500mm+500mm（分布范圍中半徑39.7m至塔壁的環(huán)形范圍）。

全塔更換填料2154m3，其中高度為400mm的填料439m3，高度為625mm的填料1715m3。同時對沒有更換的填料作清理翻身。

2.3.2 更新部分噴濺裝置

在保留主水槽兩側(cè)和近塔壁邊緣外圈的原TP-II型的前提下，更換中心區(qū)間的部分噴頭，新噴頭型號為GX型離心式高效噴濺裝置，根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，對淋水密度進行重新分配，計算得出兩種噴嘴規(guī)格為？準22、？準24。

各型噴頭的數(shù)量如下：

？準22——860只；

？準24——1252只。

全塔共計布置噴頭5028套，其中更換2112套。

2.4 改造后水塔性能變化，以及經(jīng)濟效益和社會效益

2.4.1 水塔性能變化情況

某科研院所對該水塔進行了改造后的性能測試，測試的結(jié)果表明：

該塔經(jīng)試驗其冷卻能力值為96.4%，達到設(shè)計冷卻能力。該塔在夏季頻率10%氣象條件下，計算出塔水溫為32.79℃，比設(shè)計出塔水溫值32.72℃降低了高0.07℃，比改造前出塔水溫33.75下降0.96℃，可改善機組真空0.31kPa。

2.4.2 經(jīng)濟效益情況

機組因此獲得的經(jīng)濟效益可按照以下經(jīng)驗公式計算。

凝汽器真空變化0.31kPa，按機組年發(fā)電15億kWh，1kPa真空影響300MW汽輪機機組發(fā)電煤耗約2.8g/kWh計算：背壓（或真空）每變化1%（1kPa），影響發(fā)電煤耗2.5～3.2g/（kW·h）。年節(jié)約標準煤為：

T=0.31×2.8g/kWh×15億kWh=1302（t）

如果按當前每噸標準煤850元計算，則單臺機年節(jié)約成本：

M=850×1302=1106700元=110.67萬元

3 社會效益情況

按每燃燒1t標準煤產(chǎn)生2.5tCO2計算，則每臺300MW機組冷卻水塔風水匹配強化換熱改造后，年減排CO2為：2.5×1302=3255t。

4 結(jié) 論

火電廠循環(huán)冷卻塔的填料和噴嘴性能的好壞對水塔性能的影響很大，選用新型的填料和噴嘴，并且改進布置方式，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB50660-2011）.

[2]林萬超.火電廠熱力系統(tǒng)定量分析.

[3]《水塔性能試驗報告》西安熱工研究院.

收稿日期：2018-8-8