火電廠自然冷卻塔的改造應用研究及經濟性評價

文_曹榮 卻燕平 華電電力科學研究院有限公司

1 機組概況

某電廠3號機組容量330MW，汽輪機為北京北重汽輪電機有限責任公司制造N330-17.75/540/540型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、雙排汽凝汽式汽輪機。該機組配套的凝汽器為北京重型電機廠生產的N-17563-Ⅲ型單背壓、單殼體、單流程、表面式凝汽器。凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用冷卻塔循環(huán)冷卻方式，冷卻塔主要設計參數(shù)如表1。

表1 冷卻塔主要設計參數(shù)

冷卻塔采用單溝、單豎井進水方式與內、外圍配水系統(tǒng)。全塔的六個水槽（其中四個水槽布置成兩條雙層水槽）成十字形布置，以壓力管、槽聯(lián)合配水。全塔四分之一塔相對于十字軸線對稱布置。內區(qū)面積約為全塔面積的40%，由兩個斷面為1000mm×1400mm的水槽供水，即由兩條雙層水槽中的上層水槽供水。外圍區(qū)面積為全塔面積的60%，接出四條主水槽，主水槽斷面為1000mm×1400mm的水槽和兩個1000mm×1500mm的水槽供水，即由兩條雙層水槽中的底層水槽和兩個單層水槽供水（圖1、圖 2）。

圖1 冷卻塔塔體結構參數(shù)標注圖

圖2 冷卻塔改造示意圖

由于3號塔運行時間較長，冷卻效果下降明顯，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，部分填料坍塌，出現(xiàn)較多水柱，同時淋水填料結垢、老化嚴重，影響冷卻塔的通風效果和冷卻效果，急需進行大修改造。

2 改造前的試驗及結果分析

為了驗證改造效果，大修改造前分別在3號機組單臺循環(huán)水泵運行（一機一泵）和兩臺循環(huán)水泵并聯(lián)運行（一機兩泵）工況下，進行冷卻塔熱力性能試驗。試驗工況變化范圍見表2。

表2 改造前試驗工況變化范圍表

經過對測試數(shù)據(jù)的計算分析，發(fā)現(xiàn)3號塔其冷卻能力值為75.54%，在夏季頻率10%氣象條件下，3號塔計算出塔水溫為31.44℃，比設計出塔水溫30.68℃高0.76℃，嚴重偏離了設計冷卻能力。

3 實施改造的主要內容

大修期間，某電廠對3號冷卻塔專門進行了升級改造，主要以新型“S”型梯波淋水填料和節(jié)能旋轉型噴濺裝置更換老化的塔芯部件、損壞的配水管和噴頭，同時疏通堵塞的配水管和配水槽，使冷卻塔形成良好的配水條件和配風條件，以達到良好的冷卻效果，降低機組運行真空。

3.1 “S”型梯波淋水填料更換

淋水填料采用S波(圖3)，布置方式為兩層，高共1000mm，平均淋水密度為8.17t/（m2·h）。充分利用梯形斜坡的合理設計原則，同時增加水膜截流的次數(shù)，使水膜多次重分配且更趨于均勻，提高散熱效果，盡可能地降低填料安裝高度，達到節(jié)省工程投資的目的。增加豎向凸汶滯留波，提高水膜橫向擴散能力，增強水氣擾動，使在填料中水氣熱量交換更充分，同時使水膜下泄速度減緩，延長熱量交換時間，提高冷卻效果?！癝”型梯波淋水填料的水氣接觸面積大，特別是增大豎向面積增長率，流程長，橫向擴散能力強，使水膜分布更均勻。

3.2 節(jié)能旋轉型噴濺裝置更換

噴濺裝置是配水系統(tǒng)的主要組成部分，也是影響冷卻塔換熱效率的重要元件，改造前使用的噴頭在填料上存在無水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)，冷卻塔的換熱效率較低。通過更換的節(jié)能旋轉型噴濺裝置如圖4，水流在壓頭的作用下通過噴濺裝置的導水錐體推動濺水盤旋轉，提高換熱效果。節(jié)能旋轉型噴濺裝置均用進口ABS工程塑料，具有良好的物理力學性能和足夠的剛度，幾何形狀在65℃條件下不軟化變形，在-20℃條件下不脆裂，不破碎。節(jié)能旋轉型噴濺裝置主要材質性能見表3。

表3 噴濺裝置主要材質性能

圖3 “S”型梯波淋水填料

圖4 節(jié)能旋轉型噴濺裝置

4 改造后的試驗及結果分析

改造后專門對冷卻塔改造效果進行了驗證，分別單臺循環(huán)水泵運行（一機一泵）和兩臺循環(huán)水泵并聯(lián)運行（一機兩泵）工況下，進行冷卻塔熱力性能試驗。試驗工況變化范圍見表4。

表4 改造后試驗工況變化范圍表

經過對測試數(shù)據(jù)的計算分析，改造后3號塔其冷卻能力值為111.85%，超過設計冷卻能力。在夏季頻率10%氣象條件下，3號塔計算出塔水溫為30.1℃，比設計出塔水溫30.68℃降低0.58℃?？梢?，3號塔在以后的運行過程中應及時更換老化的塔芯部件、損壞的配水管和噴頭，使冷卻塔形成較好的配水和配風條件，以到達良好的冷卻效果。

5 冷卻塔改造后經濟效益分析

依據(jù)《火力發(fā)電廠生產指標管理手冊》，循環(huán)水溫度變化1℃，影響熱耗變化0.3%～0.5%，本文按0.4%計算，改造后出塔水溫較設計值低0.58℃，改造前較設計值高0.76℃，實際降低出塔水溫1.34℃。

該電廠最近的整機熱效率試驗數(shù)據(jù)（表5）。

表5 3號機組的整機熱效率數(shù)據(jù)

結合表5可計算出機組的供電煤耗319.7g/kWh。則對冷卻塔進行改造后可降低煤耗1.71g/kWh。以機組年運行4000h計，標煤價格取550元/t，可計算冷卻塔改造的年收益為124萬元，考慮本次冷卻塔的改造成本為200萬元，兩年內就能收回投資成本。

6 結語

通過對冷卻塔優(yōu)化改造，冷卻能力由優(yōu)化前的75.54%提升到111.85%，超過設計值，出塔水溫由改造前的31.44℃下降至30.1℃，溫度下降1.34℃。

對3號塔進行噴濺裝置、淋水填料的改造，可以實現(xiàn)降低煤耗1.71g/kWh，兩年內即可收回投資成本。