冷却塔各参数的变工况分析

黄汝广， 向模林， 李 夏

(深圳南天电力有限公司， 广东深圳 518040)

冷却塔各参数的变工况分析

黄汝广， 向模林， 李 夏

(深圳南天电力有限公司， 广东深圳 518040)

利用麦克尔公式，研究了冷却塔的变工况特性，并绘制了相应的变工况特性曲线。通过分析及计算可知：在其他因素不变的情况下，冷却塔出塔水温受干球温度变化的影响不大，而受湿球温度与大气压力变化的影响较大；冷却塔出水温度受通风量变化的影响比对冷却水量变化的影响更大。

火电机组； 冷却塔； 变工况； 水温

冷却塔是火力发电机组循环冷却水系统中的重要换热设备，其运行状况受到机组负荷、循环水运行方式以及气象条件的影响。现有文献资料主要针对冷却塔热力计算方法及冷却塔热力性能实验进行了研究，而针对循环冷却水系统的变工况特性研究，也主要集中在凝汽器方面，并且都是在凝汽器进口水一定的前提下，利用凝汽器变工况特性确定循环水最优运行方式，未考虑冷却塔对凝汽器进口水温的影响，忽略了冷却塔的变工况特性。文献[1]对此做了改进研究，基于软测量原理和冷却塔实时测量数据，提出一种冷却塔出塔水温计算的新方法，并利用该方法研究冷却塔的变工况特性，绘制冷却塔变工况特性曲线；但是在自变量的选取上存在问题，以致得出干球温度的变化对出塔水温有显著影响的结论。笔者在该文献的基础上，优化自变量的选取，进行了机械通风冷却塔的变工况特性研究，并绘制相应的变工况特性曲线，得出冷却塔出塔水温对大气干球温度的变化情况。

1 冷却塔热力计算的基本公式

全世界进行冷却塔的热力计算，较广泛地采用麦克尔焓差公式，其优点是通过引入刘易斯关系式，把传热与传质统一在焓的概念里，减少了计算参数[2]。

(1)

式(1) 左侧为冷却塔的冷却能力数，即淋水填料的散热特性，它表征了在一定淋水填料及塔型下冷却塔所具有的冷却能力，主要与填料的尺寸构造及气水比有关，即

(2)

式中：A和B为常数，需通过相关试验确定，一般由填料厂家直接给出。当实际冷却塔进塔水温t1与设计进塔水温t10偏差大于±2 K时，冷却塔的冷却能力数需进行水温修正[3]。

(3)

式中：系数P根据有关淋水填料实测值选用，无资料时可取P=0.4。因此，对于一个建造好的冷却塔，其冷却能力主要决定于气水比，而进塔水温升高到一定程度会降低其冷却能力。

式(1) 右侧为冷却塔的冷却任务数，一般采用切比雪夫积分法进行计算比较精确，但公式较复杂，当进、出塔水温差Δt=t1-t2<15 K时，采用以下较简便的辛普森积分法，也可满足计算精度[4]。

(4)

(5)

由于通常在大气压下，湿空气的湿球温度τ近似等于其绝热增湿饱和温度，而绝热增湿过程基本可看作等焓过程，故湿空气比焓h=h(θ,φ)=h(θ,τ)≈h″(τ)。那么

(6)

所以，冷却塔工况受大气湿球温度的影响比较大，而基本不受干球温度的影响(干球温度对气水比略有影响，但影响很小)。

2 冷却塔变工况计算及各参数的影响分析

对于机械通风冷却塔，进塔风量一般可看作定值，变工况下主要是进塔干空气密度影响气水比。冷却塔的变工况计算，需要满足下列等式：

(7)

根据式(7)绘制的下列各图中，上曲线为进水温度，下曲线为出水温度，其纵坐标单位均为摄氏度(℃)；对于干球温度与湿球温度，其横坐标单位也为摄氏度(℃)，但对于大气压力、进塔风量、进塔水量及汽轮机负荷，其横坐标单位则为相对比值，1表示设计工况点。

2.1 大气压力

在其他因素不变的情况下，大气压力主要是通过影响干空气密度，从而影响冷却塔气水比，其与进、出塔水温的关系见图1。从图中可以看出：大气压力增加10%，出塔水温约减小1.5 K。但通常情况下，大气压力相对很稳定，一天内变化一般很少超过1%～2%，出塔水温变化最大约为0.15～0.3 K。

图1 大气压力与进、出塔水温的关系

2.2 大气干球温度

在其他因素不变的情况下，大气干球温度对进塔湿空气比焓及干空气密度略有影响，其与进、出塔水温的关系见图2。从图2中可以看出：大气干球温度的影响很小，干球温度增加10 K，出塔水温约增加0.12 K。

图2 干球温度与进、出塔水温的关系

但文献[1]却计算出干球温度变化5 K，出塔水温变化约2.5 K，并得出干球温度的变化对出塔水温有显著影响的结论。

之所以如此，原因在于该文献是选择干球温度与相对湿度作自变量，当分析干球温度的影响时，其相对湿度是保持不变的，这就必然导致湿球温度随干球温度的增加而增加，即出塔水温的变化实际上是湿球温度变化引起的。所以，在变工况因素分析时，自变量必须选择独立的变量。

2.3 大气湿球温度

在其他因素不变的情况下，大气湿球温度对进塔湿空气比焓影响很大，并对干空气密度略有影响，其与进、出塔水温的关系见图3。

图3 湿球温度与进、出塔水温的关系

从图3中可以看出：大气湿球温度的影响很大，湿球温度增加10 K，出塔水温约增加7 K。

2.4 冷却塔进风量

机械通风冷却塔进风量的改变，一般需要调整叶片角度。在其他因素不变的情况下，进塔风量的变化主要影响气水比，其与进、出塔水温的关系见图4。

图4 进风量与进、出塔水温的关系

从图4中可以看出：冷却塔进风量增加10%，出塔水温约减小0.5 K。

2.5 冷却塔进水量

在其他因素不变的情况下，进塔水量主要影响进、出塔水温差及气水比，其与进、出塔水温的关系见图5。

图5 进水量与进、出塔水温的关系

从图5中可以看出：冷却塔进水量增加10%(进、出塔水温差也减小约10%)，出塔水温约增加0.15 K，进塔冷却水温度约减小0.67 K。设计进、出塔水温差Δt=8.2 K。

2.6 汽轮机组负荷

在其他因素不变的情况下，汽轮机组负荷主要影响进、出塔水温差，其与进、出塔水温的关系见图6。

图6 汽轮机负荷与进、出塔水温的关系

从图6中可以看出：汽轮机组负荷增加10%(进、出塔水温差也增加10%)，出塔水温约增加0.38 K，进塔冷却水温度约增加1.2 K。设计进、出塔水温差Δt=8.2 K。

4 结语

通过对冷却塔各参数的影响进行了较详细分析，为冷却塔的变工况分析提供了一个参照，具有一定的实用价值。根据上面的计算和分析，可以看出冷却塔变工况具有如下一些特点：

(1) 大气湿球温度对冷却塔出水温度的影响最大，而干球温度的影响基本可以忽略不计。

(2) 温度之外，根据其他各因素变化10%对冷却塔出水温度的影响来看，其排序为大气压力>冷却塔进风量>汽轮机组负荷>冷却塔进水量。

(3) 当进塔水量增大时，出塔水温增加，进塔水温减小，且进塔水温的变化幅度更大。

(4) 当汽轮机负荷增大时，出塔水温和进塔水温均增加，且进塔水温的变化幅度更大。

[1] 夏林，刘德有，丁伟，等. 火电机组冷却塔变工况特性研究[J].热能动力工程，2014，29(3):326-332.

[2] 赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

[3] 西安建筑科技大学. CECS 118：2000 冷却塔验收测试规程[S]. 北京：中国工程建设标准化协会，2000.

[4] 中华人民共和国发展和改革委员会. DL/T 1027—2006 工业冷却塔测试规程[S]. 北京：中国电力出版社，2007.

Analysis on Cooling Tower Parameters under Variable Working Conditions

Huang Ruguang, Xiang Molin, Li Xia

(Shenzhen Nantian Electric Power Co., Ltd., Shenzhen 518040, Guangdong Province, China)

With Merkel formula, the characteristics of a cooling tower were studied under variable working conditions, with corresponding characteristic curves plotted. Analysis and calculation results show that the outlet water temperature of cooling tower is not sensitive to the change of dry bulb temperature, but is more sensitive to the change of wet bulb temperature and atmospheric pressure; in addition, the outlet water temperature of cooling tower is more sensitive to the change of ventilation rate than to the change of the cooling water flow rate.

thermal power plant; cooling tower; variable working condition; water temperature

2014-11-17

黄汝广(1977—)，男，工程师，主要从事发电厂经济运行及技术分析工作。

E-mail: scamperhrg@126.com

TK264

A

1671-086X(2015)04-0261-03