浅析冷却塔综合治理实践

孙晓鹏，陈文奇，刘国钧，穆 岩

(1.抚顺矿业集团有限责任公司热电厂，辽宁 抚顺 113000；2.华润东北电力工程有限公司，辽宁 锦州 121000；3.秦皇岛达成科技有限公司，河北 秦皇岛 066000)

浅析冷却塔综合治理实践

孙晓鹏1，陈文奇2，刘国钧1，穆 岩3

(1.抚顺矿业集团有限责任公司热电厂，辽宁 抚顺 113000；2.华润东北电力工程有限公司，辽宁 锦州 121000；3.秦皇岛达成科技有限公司，河北 秦皇岛 066000)

详细叙述了抚顺矿业集团有限责任公司热电厂3号机组冷却塔运行现状、综合治理方案、具体实施及经济效果评价，是一项投资少、收益快、经济效果好的节能综合治理项目，值得类似发电厂借鉴和推广应用。

冷却塔；综合治理；经济效益

抚顺矿业集团有限责任公司热电厂共有2台国产25 MW(哈尔滨汽轮机厂制造的CC25-90/10/1.2型、北京重型电机厂制造的B25-90/10型)和1台进口123.7 MW(瑞士ABB公司制造的DEEKHH2-2071型)汽轮发电机组，分别于1992年6月、10月和1996年7月投入商业运行，现机组运行时间已非常长。期间虽然进行了多次机组A级、B级、C级检修工作，但均是将有限的资金重点投入到国家严格控制的环境保护设备治理改造项目(如锅炉烟道的除尘、脱硫等设备)和机组安全性方面，而投入到影响经济性方面的治理资金却很少；加之机组在役运行时间长、设备老化、效率低、能耗高，使电厂盈利空间逐渐缩小；同时又受外部电力市场影响，使电厂机组年运行小时数、负荷率等指标逐步下降，因此需要内部挖潜、节能降耗，集中有限资金，重点对经济性影响较大的设备进行治理，首先在3号机组A级检修中进行节能指标治理工作。

1 设备运行现状调查

为了将有限的资金用在关键部位，并达到收益最大化，实现最佳经济效果，工程技术人员全方位进行设备现状调查、细致技术分析、全面综合论证，确定最优治理改进方案。

1.1 凝汽器冷却水温度

凝汽器真空是影响机组经济运行的重要指标。125 MW机组凝汽器真空每变化1%(约1 kPa)汽轮机热耗率变化约0.941 7%，影响发电煤耗率3.2 g/kWh[1]。影响凝汽器真空的因素是多方面的，如真空系统严密性、凝汽器换热管清洁度、冷却水温度等。机组正常运行时，冷却水温度是一项重要影响因素，125 MW机组冷却水入口温度每升高1 ℃汽轮机热耗率变化约0.346 4%，影响发电煤耗率1.11 g/kWh。2013年3号机组负荷、真空、冷却水温度统计情况如表1所示。

表1 3号机组负荷、真空、冷却水温度统计表

注：冬季运行时采用调整循环泵运行台数实现降低厂用电量消耗，以获得综合效益。

可见，全年各冷却水平均温度均超过凝汽器设计冷却水温度(设计值20 ℃)达到23.8 ℃，最低月份、最高月份时平均冷却水温度超过设计值分别为0.9 ℃、10.1 ℃，可见冷却水温度是影响机组经济性的重要因素，应进行设备优化治理。

1.2 冷却塔运行现状

冷却塔运行时，塔上雾汽严重不均，较大范围内无热蒸汽，可知被空气带走的蒸汽流量较少。进一步检查，发现冷却塔雨区有数十处集中降雨处，有的已呈柱状落下，且流量较大，还有多处无雨区。单机2台定速循环泵运行，有4条支水槽、18条分水槽均有不同程度溢流淌水现象，通过观察损坏、塌落的除水器，已有部分喷溅装置损坏、脱落，这些都将造成热水直接流到填料层上，相当于喷溅装置环节；同时还有多个喷嘴堵塞，没有热水流出，形成无水区域；损坏、脱落的填料多集中在集中降雨处，并发现多处填料有损坏穿孔露天现象，局部降低了冷空气流动阻力。

冷却塔的配水不均、喷淋装置工作不良，使喷溅出的水滴颗粒直径较大(相应换热表面积较小)，尤其是集中降雨处；填料箱、喷淋装置的损坏，都使填料的膜式换热恶化，水膜不均、水膜厚度增加；填料箱的穿孔露天和除水器的缺失，使冷空气直接通过，相应减弱正常工作的填料、喷淋装置处的空气通流量，综合降低了冷却塔的换热能力，造成冷却塔出水温度升高。为此，把冷却塔的统合治理作为机组A级检修中的一项重点节能治理项目。

2 冷却塔统合治理方案

2.1 冷却塔清淤、修补工作

2.1.1 清淤工作

冷却塔清淤工作是针对主水槽、支水槽、分水槽进行的，清除积存的淤泥等杂物，相应增大了热水流通截面积，减少了杂物对喷溅装置、填料的冲击损伤。

冷却塔池、循环泵吸水池的清淤工作主要是清除集水池内积存的淤泥和塔上脱落破损物件等。

同时将冷却塔上和塔池内清除的杂物及时运出，防止发生二次污染。

为巩固清淤成果，对冷却塔池周围10 m左右范围内地面硬覆盖进行完善；修复塔池周围护栏网，从而降低风吹落入塔池内杂物的可能性。

2.1.2 修补工作

冷却塔修补工作主要是修复破损的水槽，使其上沿标高基本相同，杜绝或减少局部热水溢流跑水现象发生。

冷却塔池修补工作主要是杜绝或减少塔池外缘风化破损物进入塔池。

2.2 喷溅装置治理工作

2.2.1 喷溅装置选择

按设计结构合理、流量系数适宜、喷溅均匀、不易堵塞[2]等技术要求，综合比较确定新型高效雾化效果好的TP-Ⅱ型喷溅装置，此装置具有如下优点。

a.换热效率高。喷溅装置一体结构制造，水滴喷溅范围较大、交叉撞击效果好，实现交叉配水，消除轻水区、重水区或无水区现象；喷溅出的热水滴颗粒直径小、覆盖范围宽，增大热水滴外表面积，提高了水和空气热交换能力，提高了冷却塔的冷却效果。

b.结构合理，使用寿命长。采用纯ABS工程塑料，一体结构制造，承载能力强，可承载50 kg以上作用力；其使用温度宽(工作温度为-40～+90 ℃)，适应我国北方特殊环境要求；设计结构合理，喷嘴出口空间较大，克服了原组装结构所造成的易掉头、堵塞、断裂、布水不均等缺点，其使用寿命可达10年。

2.2.2 治理工作

a.疏通堵塞的喷嘴，恢复其工作能力。全面进行喷溅装置的外部检查，确保对有潜在危险、将要损坏的喷溅装置进行换新。脱落、损坏的喷溅装置全部换新。

b.依据冷却塔上外围配水槽溢流现象，采用喷嘴口径稍大规格的喷溅装置并安装在冷却塔的外围区域。

做好上述工作，可使冷却塔配水均衡，并保证全部热水都能经过喷溅装置后再落下。

2.3 填料、除水器治理工作

热水的冷却过程主要是在淋水填料中进行的，是冷却塔的关键部位[3]，填料所产生的温降占整个冷却塔温降的60%～70%[4]。

2.3.1 填料选择

选用换热性能优良、亲水性好[5]的复合波型塑料填料作为替换填料。

2.3.2 治理工作

冷却塔上部风干后，进行填料装置的倒垛、筛选工作；对外形基本完整、强度足够的填料进行清除杂物、输通网孔后再次进行筛选工作；筛选出的完好填料进行铺设安装，不足部分采用新型填料进行补充完整。

注意新型填料必须分散使用，合理布置，不能发生上下层同时布置或集中布置现象，综合发挥出填料装置的最佳效果。

除水器也按填料方式进行倒垛、筛选、清除杂物、回装工作，不足部分补充完整。

3 统合治理方案的实施

3.1 新购设备及厂家的优选

选用优良的设备是保证冷却塔综合治理后的节能效果和稳定运行的关键。依据冷却塔内的工作性质、环境，经过市场咨询、调研后，选择设备性能良好、工作稳定、使用寿命长、价格适中的设备；同时还要考虑设备厂家的信誉、售后服务、质量反馈和使用业绩情况。经过反复比较、优选后，确定TP-Ⅱ型喷溅装置、复合波型填料和除水器的生产厂家。

3.2 技术指导和工程质量监督

良好的设备安装是保证其长时间安全、稳定运行的前提条件，必须严格执行安装工艺标准，并由厂家组织施工；施工期间，要有专业人员进行技术把关、指导工作。电厂成立以水塔维护班组、分厂、技术部为主的工程质量监督体系，保证施工期间有专人进行质量监督、检查工作。

需要替换新型设备时，由技术部专人负责，并有设备厂家、施工方共同确认，同时做好设备统计和资料记录(存档)工作。

4 治理效果

4.1 外观检查

a.冷态试验检查。机组检修结束后，启动1台循环泵进行冷却塔上水动态试验。冷却塔配水均匀、各水槽无溢流现象，通过观察暂未安装除水器的主水槽两侧，喷溅装置效果好，水滴均匀颗粒小，手动检查安装牢固，尤其是新型喷溅装置效果更优；除水器上部雾汽均匀；淋水密度均匀，无集中降雨和无雨区域。

b.热态检查验收。机组启动运行一周后热态检查，冷却塔的工作状态与冷态相似，2台循环泵全部运行时，冷却塔的工作状态良好，淋水密度均匀，无集中降雨区域。

4.2 机组经济性

4.2.1 冷却塔出水温度评价

a.3号机组检修治理前后冷却塔出水温度对比情况

检修治理前，在3号机组90 %额定负荷、正常环境气象条件下，连续5天内每天5个时段进行测量，记录相关数据(环境风速、大气干球和湿球温度、机组负荷、凝汽器进水温度)，共统计出25组基础数据，以便设备检修后进行对比分析。

检修治理后，机组启动稳定运行一周后，仍采用上述方法，在3号机组90%额定负荷、环境气象条件相似情况下，连续进行10天内每天5个时段进行测量，记录相关数据，统计出50组数据。

将检修治理后的50组记录数据与检修前的25组数据进行对比，筛选出环境风速、大气干球和湿球温度与检修治理前相近的数据共有7组；再将这7组数据中凝汽器进水温度与检修前对应数据进行对比，发现凝汽器进水温度较检修前降低了3.33～3.62 ℃。

b.1号、3号机组冷却塔出水温度对比情况

机组检修治理前，正常环境气象条件下，连续进行2天，并保持1号、3号机组冷却塔的运行状态在相似情况下，各机组均在90 %额定负荷、纯凝工况下连续运行2 h后统计2个时段，发现3号机组凝汽器平均进水温度较1号机组凝汽器平均进水温度高0.31 ℃。

3号机组检修治理启动稳定运行7天后，采用同样方法进行对比性试验，结果发现3号机组凝汽器平均进水温度较1号机组凝汽器平均进水温度低了3.23 ℃。

以1号机组为参照物进行对比，可知3号机组检修治理后凝汽器平均进水温度较检修前降低了3.54 ℃。

通过上述对比分析，可知3号机组检修治理后凝汽器平均进水温度较检修前至少降低了3.33 ℃，即冷却塔出水温度降低了3.33 ℃。如扣除环境自然因素、机组主设备治理经济性因素影响，估算3号机组冷却塔综合治理后其出水温度可降低1.50 ℃。

4.2.2 机组年效益

3号机组冷却水温度长年高于设计值，最低月份时高于设计值0.9 ℃。

2013年3号机组累计运行时间6 130 h，年平均负荷87.4 MW。厂全年累计发电标煤单价为615.23元/t。按冷却水温度降低1.50 ℃计，单机年可节约标煤量为1.110×1.50×87.4×1 000×6 130/1 000/1 000≈892.044 t；年可节约资金为615.23×892.044/10 000=54.881万元。

4.2.3 投资回收期

3号机组冷却塔综合治理，设备投资3.70万元，人工费用1.00万元，合计投资为4.70 万元。机组运行1年可获得利润为54.881-4.70=50.181万元。投资回收期为n=4.70×10 000/(615.23×1.110×1.50×87.4×1 000×24/1 000/1 000)≈22 d。

由此可知，正常情况下，机组运行22天即可回收全部投资，以后将持续获得净收益。

4.3 社会综合效益

冷却塔出水温度降低，使机组热效率提高，降低了锅炉燃煤量，相应减少了大气污染物和污水、灰渣的排放量，有利于环境保护，同时也减少了排污缴费，降低了发电成本。

5 结束语

冷却塔综合治理后收到了实效，降低了冷却塔出水温度，实现了节能降耗减排的目的；投资回收期短、收益快，具有一次投资多年受益的效果；兼有良好的社会效益，此后，1号机组将继续推广应用，进行冷却塔的综合治理工作。

[1] 李 青，张兴营，徐光照.火力发电厂生产指标管理手册[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2] 火力发电厂水工设计规范：DL/T 5339-2006[S].

[3] 杨剑永，张 武.大型机组冷却塔节能潜力分析[J].东北电力技术，2010，31(6)：1-5.

[4] 陈文奇，田宝刚，赵日超.冷却塔的经济运行探索[J].东北电力技术，2007，28(11)：48-50.

[5] 赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1996.

Analysis on Comprehensive Control Practices for Cooling Tower

SUN Xiaopeng1,CHEN Wenqi2,LIU Guojun1,MU Yan3

(1.Fushun Mining Co.,Ltd., Thermal Power Plant，Fushun，Liaoning 113000,China;2.China Resources Northeast Power Engineering Co.,Ltd.，Jinzhou，Liaoning 121000,China;3.Qinhuangdao Reach Technology Co.,Ltd.，Qinhuangdao，Hebei 066000,China)

This paper describes the operation status, determines the comprehensive treatment plan, implementation and evaluation manager effect of the unit 3 cooling tower of Fushun Mining Limited Company.It is a small investment, quick return, good manager comprehensive management of energy-saving projects and also worth being used for reference and application by other similar power plants.

cooling tower；comprehensive control；economic benefit

TB535

A

1004-7913(2017)01-0013-04

孙晓鹏(1972)，男，学士，高级工程师，从事发电厂生产技术经营管理工作。

2016-09-25)