某電廠660MW機組冷卻塔改造應用實例淺析

毛越

摘要：冷卻塔作為電廠循環水冷卻系統的冷卻裝置，其冷卻性能直接關系到電廠的安全、經濟和穩定運行[1]。本文基于某電廠660MW機組自然通風冷卻塔的擴大單元制循環供水系統的改造項目展開研究，在機組不同熱負荷工況下記錄試驗參數，求取冷卻塔熱力特性曲線，通過對冷卻塔改造前后冷卻能力的變化情況做出對比分析，驗證了該冷卻塔改造項目的有效性，保障了機組高效、經濟運行。

關鍵詞：冷卻塔 ?熱力特性 ?冷卻能力 ?改造

1、引言

某電廠660MW機組采用帶自然通風冷卻塔的擴大單元制循環供水系統，配置兩臺循環水泵及一座10000平方米自然通風冷卻塔，補充水水源為資水，河水經沉淀池沉淀過濾后作為冷卻塔補充水。冷卻塔采用TP-Ⅱ型噴濺裝置，該種噴濺裝置是靠四周噴濺裝置相互交叉配水以克服濺水盤下方無水現象，該型噴濺裝置在濺水時形成水滴上拋落下，使水滴進行了兩次冷卻[2]。噴濺裝置對噴頭底盤到填料頂部的濺水距離反應不明顯，TP-Ⅱ型固定濺碟式噴濺裝置主要靠底盤反射形成噴濺，其水滴在空中的運動軌跡是單一的拋物線運動，所以其水滴在空中的流經時間較短，降低了熱交換效果。

該廠運行至今已有十年之久，淋水填料等塔芯部件均有不同程度的老化和大面積損壞，冷卻效率日趨下降，該廠地域內歷年夏季最高氣溫達41～42℃，冷卻塔的出水溫度最高時達33-35℃，極大地影響機組經濟效益。

2、冷卻塔改造概述

冷卻塔冷端優化改造項目有循環水涼水塔噴淋改造與淋水填料的不等高布置技術改造，通過更換高效的GX型離心式高效噴濺裝置，應用PVC淋水填料不等高布置技術的升級改造措施，來達到降低循環水冷卻塔的出口水溫、提高冷卻效果的目的。

該廠冷卻塔內原采用的TP-Ⅱ型噴濺裝置更換為高效的GX型離心式高效噴濺裝置。GX型離心式高效噴濺裝置和TP-Ⅱ型一樣沒有上盤，首先不會造成堵塞，水流經出水口直接沖擊濺水盤，由于結構設計對重力加速度和離心力的巧妙運用，水經反射導流盤后射向帶有角度的葉片形成旋轉，從而產生離心力使水向外上揚拋灑，水滴在空中呈拋物線型做自由落體運動，所以噴灑半徑較大，水滴均勻且粒徑很細，能充分地與填料表面及空氣接觸。GX型離心式高效噴濺裝置對水頭沒有過高的要求，能滿足水工設計范圍規定的最低限值即可，達到了節能的目的[3]。另外由于噴濺半徑大有利于在群體布置中合理交叉消滅中空，保證了布水的均勻性，有利于提高熱交換效率，從而提高冷卻效果。

冷卻塔內空氣溫度場分布的總體趨勢是：靠近塔壁的空氣溫度要低于塔中心處的出塔氣溫，說明靠近進風口處的淋水填料斷面風速較高，氣水比更大，具有更大的換熱能力。在進行對塔芯部件進行優化設計時，可充分利用塔壁周圍即進風口附近空氣流速較高且為不飽和空氣的有利條件，采用高度較高的淋水填料或淋水填料片間距較小的淋水填料，增大此區域淋水填料的換熱面積，來強化這部分區域的換熱效果，提高整個冷卻塔的換熱效果。通過淋水填料的不等高布置技術進行冷卻塔的升級改造，對冷卻塔內的淋水填料進行更換。

3、冷卻塔冷端改造分析

本次改造分析是通過測試在實際運行工況下的溫度場和風速場，掌握配水、配風情況，記錄試驗數據，計算冷卻塔的冷卻能力，并與改造前數據進行對比，評價改造效果。此次測試共三個負荷工況，660MW負荷工況，取6組有效數據點，450MW、330MW工況中取20min平均數據為一組數據點，每個工況取3組有效數據點（見附錄A）。

3.1 冷卻數N的計算

式中： ? ?— 冷卻水溫差，℃;

— 進塔和出塔濕空氣比焓的平均值，kJ/kg（DA）;

— 溫度相當于進塔水溫 的飽和空氣比焓，kJ/kg（DA）;

— 溫度相當于進塔水溫 的飽和空氣比焓，kJ/kg（DA）;

— 溫度相當于進塔水溫 的飽和空氣比焓，kJ/kg（DA）。

3.2實測熱力性能方程式

依據各有效工況點計算的冷卻數，用最小二乘法把冷卻數擬合成 。

3.3 冷卻塔冷卻能力評價

依據中華人民共和國電力行業標準《工業冷卻塔測試規程》（DL/T 1027-2006）。該規程指出：“當塔的實測冷卻能力達到95%及以上時，應視為達到設計要求;當達到105%以上時，應視為超過設計要求?！钡脑u價標準，根據測試結果對冷卻塔的冷卻能力進行評價[4]。

根據各工況下的實測參數，求出修正到設計工況條件下的氣水比和冷卻水量，再與設計冷卻水量加以對比，并按下式計算冷卻塔的實測冷卻能力。

式中： ? ? — 以冷卻水量評價的冷卻能力，%;

— 實測進塔空氣流量，kg（DA）/h;

— 設計冷卻水流量，kg/h;

— 修正到設計工況下的氣水比;

— 修正到設計工況下進塔水流量，kg/h

3.4 冷卻塔的熱力特性

此次測試共三個工況根據實測的試驗數據，計算冷卻數和氣水比，采用最小二乘法把冷卻數和氣水比的對應關系整理成 關系式（A為試驗系數，m為試驗指數）：

其中A1為試驗系數，λ為氣水比，m1為試驗指數。

冷卻塔改造后實測熱力特性方程為：

冷卻數與氣水比特性曲線如圖一所示。

改造前與改造后的熱力性能曲線，如圖二所示。

改造后熱力性能曲線與工作特性曲線相交于A點，則該點對應的汽水比為修正至改造前條件下氣水比。通過試驗計算得到的氣水比λ與冷卻數N的關系曲線與改造前曲線相比，其在改造前曲線之上，說明冷卻塔冷卻能力優于改造前，驗證了冷卻塔改造的有效性。

3.5 冷卻幅高

由上表可知，改造后冷卻幅高較改造前有明顯下降。

3.6 冷卻塔的冷卻能力

以改造前試驗數據為依據，根據規程要求計算冷卻塔的冷卻能力。該冷卻塔在660MW工況下的實測冷卻效率為111.27%。

4、結語

.本文對冷卻塔冷端優化項目的應用和改造進行可行性論證，重點分析研究了涼水塔噴淋改造與淋水填料的不等高布置技術的性能和特點，通過試驗采集和熱力學計算，對變工況下冷卻塔改造前后的冷卻效果做出對比分析，結果表明改造后的冷卻能力優于改造前，確保了冷卻塔改造項目的有效性，充分保障了機組安全、經濟運行。

參考文獻：

[1] 劉寧，程靜. 循環水冷卻塔節能技術改造方案 [J] . 中國高新技術企業，2011.

[2] 馮如勇.火力發電廠冷卻水塔節能技術分析及改造[M]. 工程技術 ： 引文版 ， 2016（ 10） ： 25～27.

[3] 姚梅.火力發電廠冷卻塔節能分析[J].江西電力職業技術學院學報，2005 ： 5～6.

[4] 曹榮，卻燕平.火電廠自然冷卻塔的改造應用研究及經濟性評價[J].節能與環保，2019，32（ 2） ： 47～ 52.