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1、全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集汽机循环水冷却塔节能技改分析冯浩周世祥（山西鲁能河曲发电有限公司 036500）摘要：本文主要通过分析发电厂循环水冷却塔在各种运行工况下对机组循环水温度的影响，经过对循环水冷却塔运行方式的调整和部分设计参数进行改造，达到提高发电厂机组循环热效率、节约能源的目的。关键词：循环水冷却塔；节能；技改 1引言山西鲁能河曲发电公司位于山西省西北部河曲县境内，一期工程安装2600MW二台机组，汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴三缸四排汽、冲动凝汽式，汽轮机型号为N600-16.7/538/538-1；锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的亚临界、中间
2、一次再热、强制循环、平衡通风、单炉膛、悬吊式、燃煤汽包炉；发电机为东方电机厂生产的全封闭、自然通风、强制润滑、水-氢-氢冷却、圆筒型转子、同步交流发电机。2循环水冷却塔的设计2.1 循环水冷却塔基本设计参数每台机组配套一座7000m2自然通风双曲线冷水塔，塔高130米，冷却塔进风口标高9.0米，塔池底部直径104米。冷却塔采用虹吸式竖井配水设计，分内外区，内区安装有38mm的XPH(XPZ)改进型喷头1920个；外区安装有40 mm及42mm的XPH(XPZ)改进型喷头4576个。冷却塔配水系统的设计是按两台循环水泵全年一个冷却倍率运行。冬季时采取关闭内区配水，启用防冻管的运行方式。全年平均运
3、行冷却水温为20左右。冷却塔填料采用两层塑料填料，厚1.0米，经热力计算，夏季P=10%的气象条件下冷却塔出水水温29.14。按汽轮机最大连续工况设计，循环水温度20，高背压为5.61kPa，低背压为4.27kPa。循环水量60800m3/h，总水阻小于57kPa，额定工况的排汽量，冷却倍率采用50，循环水进水温度20，循环水温升10.4。2.2循环水冷却塔的防冻设计由于我公司地处北部较寒冷地区，冬季运行时必须采取了以下防冻措施：2.2.1关闭内围配水的压力沟，只利用外围配水。2.2.2在进风口上缘内侧沿壳壁装设防冻管。2.2.3在进风口悬挂玻璃钢挡风板。2.2.4为避免冷态循环，设置旁路管把
4、热水直接送入水池。2.2.5淋水填料和除水器均采用PVC塑料材质。2.3循环水冷却塔的防噪设计由于冷却塔高密度落水对水池的大面积连续性直接撞击从而产生了噪声，落水噪声可达85dB，超过环保要求，本工程在冷却塔内设置落水消能降噪装置，该装置原理是在冷却塔落水直接撞击水面之前，使落水先在斜面上以无声擦贴的接触形式实现缓冲消能减速的一种落水过度降噪装置，它隔断了冷却塔落水对水面的直接冲击，经无声擦贴、粘迟减速、挑流分离、疏散洒落等消能形式的过度，取得了显著成果，落水噪声降至65dB以下，满足了环保对噪声的要求。为便于检修和运行维护，采用固定式落水消能降噪装置；另外在水塔周围进行种草种树绿化，设置声障
5、屏等措施使噪声衰减达到环保标准。2.4冷却塔在运行工况下的配水设计2.4.1冷却塔采用了近年来国内比较先进的虹吸配水方式如下图。虹吸配水方式是通过设在中央竖井内的虹吸装置实现的，虹吸装置由虹吸罩和虹吸堰构成。运行开始时，竖井水位上升淹没虹吸罩，并快速带走虹吸罩内空气，形成负压区，水流则源源不断地稳定流入供内区配水的上主水槽。当进塔水量变小后，竖井水位下降，空气进入虹吸罩内，负压状态破坏，供内区配水的主水槽停止供水，并自动转换成冷却塔外区配水。虹吸罩为CPVC塑料制作，虹吸堰为钢筋混凝土现场浇制。2.4.2当机组投入运行，先开循环水泵，两台泵相继开启。冷却塔竖井水位随着水泵相继开启不断上升，先是
6、下水槽进水，外区喷头出流。此时来水量大于出水量，竖井水位继续上升。水位超过上槽堰标高后上槽也进水，内区喷头随之出流。在上槽进水过程中，水流将虹吸罩内空气不断的带出，同时上槽有水，水射器也工作，不断将空气抽出，很快形成虹吸，来水与出水达到平衡，竖井内水位下降稳定在14.53m。春秋季节低负荷时，少开一台循环水泵，仅一台泵运行，全塔配水来水量减少，竖井水位下降。因两台水泵已是虹吸运行，当水位下降不低于虹吸破坏孔标高时，仍能保持虹吸运行，此时竖井水位为13.90m。2.4.3进入冬季，为避免冷却塔结冰，两台泵全塔配水要转入两台泵外区配水运行，可采取三种办法实现。第一两台运行泵暂停一台，竖井水位下降，
7、虹吸破坏，由全塔配水转入外区配水。接着再将暂停水泵开启，此时竖井水位仍不超过堰顶高程，上主水槽不进水，仍是外区配水运行，竖井水位稳定在14.60m。第二两台泵运行，开启冷却塔旁通管阀门，放出流量4.0m3/s 左右，竖井水位下降到虹吸破坏孔标高13.45m以下，空气进入，虹吸破坏，上槽不进水，全塔转入外区配水。外区配水运行后，关闭旁通管阀门，竖井水位又上升到14.60m。若采用开启冷却塔旁通管放水，减少上塔水量，降低竖井水位改变运行方式，一般在十多分种内就可完成操作过程。当约4m3/s水直接放入贮水池，不经冷却与经冷却的11m3/s水混合，混合后水温为15.3，对汽轮机运行也不会带来任何问题，
8、运行仍是经济合理的。第三可打开竖井各虹吸罩上的小阀门，空气进入虹吸罩内，虹吸破坏，上槽不进水仅下槽进水，形成外区配水运行，竖井水位稳定在14.60m。外区运行后可将小阀门关闭，也可不关闭，等到由外区配水传入全塔配水前再关闭。3循环水冷却塔投入运行后存在的问题及改造方案3.1循环水冷却塔出口水温度偏高，造成机组循环热效率下降。由于循环水泵以及循环水管道阻力特性与设计不相符造成单台循环泵运行时冷却塔不能造成虹吸配水，二台循环水泵运行时内区不完全配水的情况。我公司二台机组投产后发现冷却塔出口循环水温度偏高，经过检查发现在单台循环水泵运行时冷却塔只有外区配水，内区没有水，这样整个冷却塔只有不到二分之一
9、的利用率，造成出口循环水温度升高。为了解决这一问题我们经过对循环水泵以及循环水管道的性能特性进行了重新计算，确认了冷却塔的技改方案，经技术论证对冷却塔竖井内区虹吸配水的虹吸沿降低750mm，降低后冷却塔虹吸沿标高为14.4米。技改后启动循环水泵，检查冷却塔内竖井水位标高大约在14.5米左右，内区、外区全部配水。由于虹吸罩也相应降低，配水量明显增大，将虹吸破坏门关闭后，竖井水位又下降了100mm左右，相应配水量也增大，开启虹吸破坏阀后又恢复原水位。变更前后循环水泵出口压力、凝汽器循环水出入口压力没有变化，单台泵运行时循环水泵出口压力0.165MPa，凝汽器循环水入口压力0.155MPa，凝汽器循
10、环水出口压力0.13 MPa；二台循环水泵运行时出口压力0.23 MPa，凝汽器循环水入口压力0.21MPa，凝汽器循环水出口压力0.155 MPa。在同样的工况下经过技改后的冷却塔出口循环水出口温度下降了近2，凝汽器真空提高了12KPa。3.2循环水蒸发量大于设计值，造成机组发电水耗率大于设计值。在机组投入运行后，发现冷却塔蒸发量大，冷却塔排出的蒸汽带水严重。冷却塔蒸发量大不仅造成机组的发电水耗率增大，别外将会对发电用各项成本费用上升：供水泵的电耗率上升，发电用水费上升，发电厂用电率上升。按每吨水水费1元，每供一吨水用电费0.25元计算，每台机组每天节约1000吨水，一年可节约90多万元。经
11、过分析，我们发现造成冷却塔蒸发量大，排汽带水的主要原因是冷却塔除水器工作效率低、冷却塔内风速大。针对这种情况对蒸发量比较大的冷却塔外区采用十字交叉布置增加一层除水器，这样一是可以降低冷却内蒸汽的流速，二是延长了蒸汽经过除水器时间和接触面积，增加了除水的效果，解决了排汽带水的问题。3.3冷却塔填料、冷却水喷嘴损坏严重。冷却塔填料、冷却水喷嘴损坏后对冷却塔的效率影响比较明显，冷却水喷嘴损坏不仅会造成循环水温度上升，冷却效果差，而且也会造成冷却塔填料的损坏。冷却塔填料损坏的直接原因是冷却塔喷嘴损坏后，进入冷却塔内的循环水不能良好雾化，以小水滴的形式溅落在填料上，而是以高流速的水柱直接喷射在填料上造成
12、填料的损坏。冷却塔填料损坏造成的后果一是因为冷却面积的降低，淋水密度增大，冷却塔对循环水冷却效果差，循环水温度升高，机组的经济性能下降；二是因损坏的填料进行循环水系统堵塞循环水滤网、凝汽器冷却水管道，严重时直接威胁机组的安全运行，机组降负荷进行凝汽器单侧清理。经过对冷却塔主、副配水管道的改造，合理分配内外区循环水的配水量，增加配水面积，更换损坏的填料和喷嘴，解决了冷却塔填料、冷却水喷嘴损坏的再次发生。3.4循环水流量对冷却塔性能的影响影响冷却塔传热性能的另一个重要参数是循环水量，增加循环水量有益于凝汽器侧热交换，可提高汽轮机的效率；但对于冷却塔来说，当出塔空气的相对湿度未达到饱和时，增加循环水
13、量，可使出塔空已无法被空气吸收，出塔水温反而很快升高，且增加循环水量还需要多消耗泵的功率，降低机组效率。实际上是以循环水泵耗功来补偿冷却塔出口水温的，循环水量不能无限增加，因此应根据负荷的变化、季节的变化，及时调整循环水泵的运行方式选择一个最佳运行工况。3.5冷却塔通风效果对冷却塔性能的影响冷却塔的冷却效率与通风能力有着直接的关系，由于我公司厂区地理位置特殊四面环山，受环境及季节变化的影响不大，为了提高冷却塔的效率，在冷却塔下部进风区十字交叉布置安装了堵风板，有效的防止了穿堂风对冷却效率的影响，解决了夏季环境温度高时循环水出口温度高凝汽器真空低对机组效率的影响。4结论综上所述，冷却塔的热力性能
14、与塔的设计出力合理性，装置的制造安装，运行维护和检修质量等多种因素有关，必须根据每个塔的具体情况具体分析。作为电厂热力循环中的重要辅助设备，冷却塔存在着巨大的节能潜力，冷却塔的热力性能直接关系到电厂的经济效益，性能优良的冷却塔可使机组在最小的能耗下输出最大的功率。发电厂应把冷却塔性能问题作为主要的节能方式加以研究，根据具体情况，制定出切实可行的提高冷却塔出力措施，以确保机组的安全经济运行。在冷却塔的运行中，最重要的是检查冷却塔热力性能是否正常，加强运行维护，调整到最佳工况，使机组能够经济运行。为使冷却塔能在最佳状态下运行，一方面应加强监督维护，对引起性能下降的诸多要素逐条加以分析，建立完善的管理制度，选择维护费用最低、而性能高的冷却塔运行方式；另一方面，应对那些因长期运行造成其性能下降或因设计造成的冷却塔效率下降，应考虑进行技术改造，以提高其热力性能。冷却塔能否经济运行，取决于循环水泵功耗、补水量、冷却设备维护费用及水质处理费用，因此对冷却塔改造必然会涉及到这些因素，加强冷却塔的性能监控和节能诊断，适时改造设备，及时调整参数，将有利于降低发电成本。参考文献：1 水利电力出版社 热力发电厂 作者 田金玉2 中国电力出版社 汽轮机设备运行 山西电力工业局编332
