某电厂660MW机组冷却塔改造应用实例浅析

毛越

摘要：冷却塔作为电厂循环水冷却系统的冷却装置，其冷却性能直接关系到电厂的安全、经济和稳定运行[1]。本文基于某电厂660MW机组自然通风冷却塔的扩大单元制循环供水系统的改造项目展开研究，在机组不同热负荷工况下记录试验参数，求取冷却塔热力特性曲线，通过对冷却塔改造前后冷却能力的变化情况做出对比分析，验证了该冷却塔改造项目的有效性，保障了机组高效、经济运行。

关键词：冷却塔  热力特性  冷却能力  改造

1、引言

某电厂660MW机组采用带自然通风冷却塔的扩大单元制循环供水系统，配置两台循环水泵及一座10000平方米自然通风冷却塔，补充水水源为资水，河水经沉淀池沉淀过滤后作为冷却塔补充水。冷却塔采用TP-Ⅱ型喷溅装置，该种喷溅装置是靠四周喷溅装置相互交叉配水以克服溅水盘下方无水现象，该型喷溅装置在溅水时形成水滴上抛落下，使水滴进行了两次冷却[2]。喷溅装置对喷头底盘到填料顶部的溅水距离反应不明显，TP-Ⅱ型固定溅碟式喷溅装置主要靠底盘反射形成喷溅，其水滴在空中的运动轨迹是单一的抛物线运动，所以其水滴在空中的流经时间较短，降低了热交换效果。

该厂运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积损坏，冷却效率日趋下降，该厂地域内历年夏季最高气温达41～42℃，冷却塔的出水温度最高时达33-35℃，极大地影响机组经济效益。

2、冷却塔改造概述

冷却塔冷端优化改造项目有循环水凉水塔喷淋改造与淋水填料的不等高布置技术改造，通过更换高效的GX型离心式高效喷溅装置，应用PVC淋水填料不等高布置技术的升级改造措施，来达到降低循环水冷却塔的出口水温、提高冷却效果的目的。

该厂冷却塔内原采用的TP-Ⅱ型喷溅装置更换为高效的GX型离心式高效喷溅装置。GX型离心式高效喷溅装置和TP-Ⅱ型一样没有上盘，首先不会造成堵塞，水流经出水口直接冲击溅水盘，由于结构设计对重力加速度和离心力的巧妙运用，水经反射导流盘后射向带有角度的叶片形成旋转，从而产生离心力使水向外上扬抛洒，水滴在空中呈抛物线型做自由落体运动，所以喷洒半径较大，水滴均匀且粒径很细，能充分地与填料表面及空气接触。GX型离心式高效喷溅装置对水头没有过高的要求，能满足水工设计范围规定的最低限值即可，达到了节能的目的[3]。另外由于喷溅半径大有利于在群体布置中合理交叉消灭中空，保证了布水的均匀性，有利于提高热交换效率，从而提高冷却效果。

冷却塔内空气温度场分布的总体趋势是：靠近塔壁的空气温度要低于塔中心处的出塔气温，说明靠近进风口处的淋水填料断面风速较高，气水比更大，具有更大的换热能力。在进行对塔芯部件进行优化设计时，可充分利用塔壁周围即进风口附近空气流速较高且为不饱和空气的有利条件，采用高度较高的淋水填料或淋水填料片间距较小的淋水填料，增大此区域淋水填料的换热面积，来强化这部分区域的换热效果，提高整个冷却塔的换热效果。通过淋水填料的不等高布置技术进行冷却塔的升级改造，对冷却塔内的淋水填料进行更换。

3、冷却塔冷端改造分析

本次改造分析是通过测试在实际运行工况下的温度场和风速场，掌握配水、配风情况，记录试验数据，计算冷却塔的冷却能力，并与改造前数据进行对比，评价改造效果。此次测试共三个负荷工况，660MW负荷工况，取6组有效数据点，450MW、330MW工况中取20min平均数据为一组数据点，每个工况取3组有效数据点（见附录A）。

3.1 冷却数N的计算

式中：    — 冷却水温差，℃;

— 进塔和出塔湿空气比焓的平均值，kJ/kg（DA）;

— 温度相当于进塔水温 的饱和空气比焓，kJ/kg（DA）;

— 温度相当于进塔水温 的饱和空气比焓，kJ/kg（DA）;

— 温度相当于进塔水温 的饱和空气比焓，kJ/kg（DA）。

3.2实测热力性能方程式

依据各有效工况点计算的冷却数，用最小二乘法把冷却数拟合成 。

3.3 冷却塔冷却能力评价

依据中华人民共和国电力行业标准《工业冷却塔测试规程》（DL/T 1027-2006）。该规程指出：“当塔的实测冷却能力达到95%及以上时，应视为达到设计要求;当达到105%以上时，应视为超过设计要求。”的评价标准，根据测试结果对冷却塔的冷却能力进行评价[4]。

根据各工况下的实测参数，求出修正到设计工况条件下的气水比和冷却水量，再与设计冷却水量加以对比，并按下式计算冷却塔的实测冷却能力。

式中：     — 以冷却水量评价的冷却能力，%;

— 实测进塔空气流量，kg（DA）/h;

— 设计冷却水流量，kg/h;

— 修正到设计工况下的气水比;

— 修正到设计工况下进塔水流量，kg/h

3.4 冷却塔的热力特性

此次测试共三个工况根据实测的试验数据，计算冷却数和气水比，采用最小二乘法把冷却数和气水比的对应关系整理成 关系式（A为试验系数，m为试验指数）：

其中A1为试验系数，λ为气水比，m1为试验指数。

冷却塔改造后实测热力特性方程为：

冷却数与气水比特性曲线如图一所示。

改造前与改造后的热力性能曲线，如图二所示。

改造后热力性能曲线与工作特性曲线相交于A点，则该点对应的汽水比为修正至改造前条件下气水比。通过试验计算得到的气水比λ与冷却数N的关系曲线与改造前曲线相比，其在改造前曲线之上，说明冷却塔冷却能力优于改造前，验证了冷却塔改造的有效性。

3.5 冷却幅高

由上表可知，改造后冷却幅高较改造前有明显下降。

3.6 冷却塔的冷却能力

以改造前试验数据为依据，根据规程要求计算冷却塔的冷却能力。该冷却塔在660MW工况下的实测冷却效率为111.27%。

4、结语

.本文对冷却塔冷端优化项目的应用和改造進行可行性论证，重点分析研究了凉水塔喷淋改造与淋水填料的不等高布置技术的性能和特点，通过试验采集和热力学计算，对变工况下冷却塔改造前后的冷却效果做出对比分析，结果表明改造后的冷却能力优于改造前，确保了冷却塔改造项目的有效性，充分保障了机组安全、经济运行。

参考文献：

[1] 刘宁，程静. 循环水冷却塔节能技术改造方案 [J] . 中国高新技术企业，2011.

[2] 冯如勇.火力发电厂冷却水塔节能技术分析及改造[M]. 工程技术 ： 引文版 ， 2016（ 10） ： 25～27.

[3] 姚梅.火力发电厂冷却塔节能分析[J].江西电力职业技术学院学报，2005 ： 5～6.

[4] 曹荣，却燕平.火电厂自然冷却塔的改造应用研究及经济性评价[J].节能与环保，2019，32（ 2） ： 47～ 52.