电站冷却塔随动堆积帘式节能防寒技术的研究与应用

才延福，金 丰，天 罡，陈懿辉

(1．中电投东北电力有限公司，沈阳 110181;2．中电投东北节能技术有限公司，沈阳 110181)

目前，北方多数火力发电厂在冬季调整循环水温度方面采取的主要措施是人工悬挂挡风板，通过调整悬挂挡风板数量控制进入循环水冷却塔空气量达到调整循环水温度的目的，外加辅助调整防冻门满足水塔防冻要求。但这种方法存在不能对冷却塔循环水温度进行实时调节、有效保持机组真空、防止水塔结冰等问题［1］。而且悬挂挡风板工作存在很大的安全风险和较高的劳动强度，不能很好地根据环境温度随时调整挡风板数量，往往是为了防止水塔在当天温度最低的时段(凌晨)结冰而过量地悬挂挡风板，造成在当天环境温度较高时段(下午)水塔水温过高，从而降低了机组真空和机组经济性［2］。因此，为了解决上述问题，本文阐述了冷却塔随动堆积帘式节能防寒机理，采用随动堆积帘对冷却塔实现循环水温度自动控制，保持机组真空稳定，提高机组运行经济性。同时对冷却塔实行了全方位防寒处理。

1 随动堆积帘防寒原理及结构

1.1 随动堆积调风帘调节及冷却塔防寒机理

传统挡风板为目前冷却塔设计较为普遍采用的防寒方式，将冷却塔进风区分为上层、中层、下层，冬季的安装规程为随温度逐渐降低，由上至下逐层安装;开春转暖时拆卸规程为随温度逐渐升高，由下至上逐层拆下。根据这样的设计理念，“随动堆积帘式防寒节能技术”的堆积式调风帘设计为由上层至下层关闭，由下层至上层开启。控制单元通过温度传感器识别循环水温度、自然环境温度。当环境温度降低时，实时适当关闭调风帘，保持循环水温度不降低达到防寒的目的。当环境温度上升时，实时适当开启调风帘保持循环水温度不升高，达到保持机组真空经济运行的目的。

1.2 冷却塔随堆积帘装置结构

随动堆积帘式节能防寒装置由堆积帘、电机、滑道、温度控制系统等组成。在自然通风冷却塔下部进风口外侧环向1周安装固定支架，支架下部有基础，固定支架与塔体间安装顶棚，支架立面形成多个门洞口，在每个洞口安装1组电动调风帘，调整风帘接受控制系统指令上升或下降，通过调整风帘的动作来改变进风口实际进风面积，调节进风量，达到控制循环水温度在最佳温度范围内的目的。随动堆积帘装置示意图如图1、图2所示。

图1 平面示意图Fig．1 Schematic diagram of plane

1.3 装置主要特点

冷却塔随动堆积帘节能防寒装置与传统的冷却塔人工悬挂挡风板防寒相比，有着显著的优越性，具有可靠的质量和先进的技术，主要技术特点如下:

1)取代传统人工悬挂挡风板的方式，节省人力，消除安全风险。

2)调风帘的上升、下降双向均由电动调节，保持循环水温度恒定，提高机组效率，产生节能效益。

3)调风帘自始至终都是先封上、再封下，符合冷却塔防寒原理，有效防止填料结冰［3］。

图2 立面示意图(单位:m)Fig．2 Schematic diagram of facade

4)适应天气变化和发电负荷调整。

5)夏季不用拆，且不影响通风。

2 方案设计

冷却塔随动堆积帘式节能防寒设计方案需确定最佳循环水温度及循环水温度变化对煤耗的影响，设计范围涉及电气、热工、土建等专业。

2.1 基础部分设计

设计随动堆积帘装置基础时，在冷却塔每个塔柱基础旁下挖0.3～0.5 m(以不破坏塔柱基础为准)，用钢筋混凝土加固，这样和塔柱基础链接在一起，起到相互加固作用。300～350 MW机组冷却塔一般要做40～44个基础，如图3所示。

图3 基础设计图Fig.3 Based design

2.2 顶棚连梁设计

设计顶棚连梁时，全部采用H型钢(包括外连梁、内连梁及悬挂梁等)，围冷却塔1周。所有连梁用螺栓连接，方便拆卸。在外连梁上装设调风帘手动倒链，电机出现故障时可以转为手动操作;将悬挂梁悬搭在冷却塔外塔壁上，不与塔壁接触，以防止损坏塔壁，连梁顶用彩钢板封闭。

2.3 调风帘设计

设计调风帘时，采用改进型软式堆积帘，使半数抗风杆同轨，减少堆积高度50%。帘布堆在轨道外，导轨窄，抗风性好，结构简单，制作容易。

2.4 电控系统

设计电控系统时，电控单元由控制器(如PLC)、温度传感器以及远程控制终端组成，通过监测环境温度、循环水出塔温度，实时调节进风口电动调风帘底端高度，调节进风口的进风面积(调节范围:0%～100%)。电动调风帘系统不仅可以PLC自动控制，同时还可以人工手动控制，以方便其他需求，如图4所示。

图4 电控系统图Fig.4 Electrical control system diagram

2.5 门框设计

设计门框时，随动调风帘装置门框采用H型钢，门柱可以当调风帘导轨使用。门框高度一般要高出塔沿1 m左右，离塔沿距离1.0～1.5 m;门框宽度与冷却塔相邻塔柱之间距离一样。门框上部装有卷帘门电机及遮挡电机及调风帘的防雨棚(材质是彩钢板)，以防止电机损坏、夏季调风帘收上去阳光直射温度过高软化缩短寿命。

3 经济效益分析

本文以某电厂350 MW机组为例，对电站冷却塔采用随动堆积帘式节能防寒技术节能效益进行分析。根据机组性能试验数据，凝汽器入口循环水温度变化1℃，发电煤耗相应变化0.513 g/kW·h。该电厂冷却塔改造前，即2011年11月至2012年3月，循环水凝汽器入口平均水温为16.43℃。经过对凝汽器及汽轮机特性分析确定，当循环水平均温度保持在11℃时，机组真空值最佳［4］。冷却塔改造后，即2012年11月至2013年3月，循环水凝汽器入口平均水温为13.19℃，较改造前降低了3.24℃。按平均发电负荷70%、冬季经济运行有效期150 d计算，年节约标煤量为350×70% ×24×150×0.513×3.24=1466 t。按标煤单价600元/t计算，每年可节约879 600元。由于改造后处于调试阶段，对循环水温度控制未达到最佳状态，通过对系统完善后，还可降低循环水温度2℃以上，年节煤量将达到2400 t，年收益将达到140余万元。

4 结论

1)电站冷却塔随动堆积帘式节能防寒技术具备较好的节能效益，年直接平均收益在140万元以上。

2)消除人工悬挂挡风板的安全风险，减少了由于冬季冷却塔结冰填料大量损坏的数量，可有效减低生产成本，具备在北方带有循环水冷却塔的火力发电厂中推广应用价值。

［1］赵振国．冷却塔［M］．北京:中国水利电力出版社，1996．ZHAO Zhenguo．Cooling tower［M］．Beijing:China Water Power Press，1996．

［2］戴振会，孙奉仲，王宏国，等．火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价［J］．电站系统工程，2009，25(2):4 6．DAI Zhenhui，SUN Fengzhong，WANG Hongguo，et al．Dynamic analysis and evaluation of cooling tower performance in large scale power plant［J］．Power System Engineering，2009，25(2):4 6．

［3］钱翼稷．流体力学及其工程应用［M］．北京:机械工业出版社，2006．QIAN Yiji．Fluid mechanics with engineering application［M］．Beijing:China Machine Press，2006．

［4］李勇，孟芳群，曹丽华，等．考虑更多因素的凝汽器最佳真空确定方法［J］．中国电机工程学报，2006，26(4):71 74．LI Yong，MENG Fangqun，CAO Lihua，et al．The determining method of the optimum vacuum of condenser taking account of more factors［J］．Proceedings of the CSEE，2006，26(4):71 74．