发电厂冷却塔配水系统喷溅装置节能改造.pdf

2015 年 10 月（下 ） 摘要 喷溅装置是影响冷却塔换热效率的重要装置。通过改用新型的xls-01旋转型喷溅装置可提高冷却塔配水的均匀性，降低冷却塔的 出水温度，提高汽轮机组发电效率。 关键词 冷却塔；喷溅装置；节能改造 发电厂冷却塔配水系统喷溅装置节能改造 贺友才 （ 大唐华银金竹山火力发电分公司，湖南冷水江417500 ） 1 概述 某厂 #1、#2为600mw 亚临界燃煤发电机组，循环水系统采用 单元制闭式二次循环系统，由自然通风冷却塔、循环水泵、循环水管 道、用水设备和凝结器胶球自动清洗装置组成。两循环水母管间设联络 管和阀门，必要时可采用两机三泵运行方式。 每台机组配置一座9000m2自然通风逆流式冷却塔。冷却塔采用 单沟、单竖井进水方式与内外配水系统。塔顶标高 150米，配水系统 采用管-槽式配水，配水管间距为1米，喷嘴采用xph型，安装方式 为单双支结合臂管联接，喷嘴间距为 1米，喷嘴平面布置形态为正方 形；全塔共安装喷嘴 8408 只，具体规格和数量为：363584 只、 382208只、402616只；填料采用 s波塑料淋水填料，分两 层正交布置，除水器采用bo/160-45型，搁置式安装在配水管上方的 承载梁上。为提高水塔利用率及冷却效率，提高机组真空，在#1循环 水进水母管与#2循环水进水母管间加一根联络管，当开启联络管阀门 时，#1机、#2机可同时使用两座冷却塔，即使一台机组运行也可配用 两座冷却塔，当关闭联络管阀门时，#1机用#1冷却塔，#2机用#2冷 却塔。 喷溅装置是影响冷却塔换热效率的重要装置。热水通过不同的喷 溅装置洒到填料上将会获得不同的冷却塔换热效率。xph型旋流式喷 溅装置存在着布水不均现象，有重水区、轻水区和无水区，使填料不能 充分利用，具有进一步优化的潜力。使用中发现，xph型喷溅装置出 现掉头现象，出现冲毁填料的问题。为了提高冷却塔换热效率，降低凝 汽器循环水进水温度，提高凝汽器真空泵，提高机组发电效率，降低煤 耗，将原xph型喷溅装置全部更换为xls-01旋转型喷溅装置。 2 主要设计参数 2.1冷却塔主要设计参数 冷却塔型式 双曲线型逆流 式自然通风 淋水面积9000m2 进风口高度10.0m顶总高度150.0m 顶部直径70.083m进风口直径57.531m 喉部标高112.5m喉部直径65.782m 填料底标高11.00m填料顶标高12.02m 水槽满水标高13.55m竖井顶标高13.55m 循环水量69840m3/h竖井尺寸5.6m5.6m 进塔空气 干球温度 29.1 （ p=10% ） 进塔空气 湿球温度 26.2（ p=10% ） 相对湿度79%大气压力975.7hpa 出塔水温32.0进、出塔水温差9.48 除水器塑料型号bo145-42配水管中心标高13.25m 2.2冷却塔的配水情况设计 根据配水系统计算结果，竖井水位与循环水系统运行方式为： 1 ）一机两泵运行全塔配水，h=15.201m 2 ）两机三泵运行全塔配水，h=14.593m 3 ）一机一泵运行全塔配水，h=13.887m 水塔靠循环水泵通过竖井将热水送到配水高程，靠四条封闭双层 主水槽、配水管将水分布到整个塔的配水断面上，再通过喷溅装置（ 俗 称喷嘴 ）将水变成小水滴，然后尽量均匀地洒到填料上，实现空气与水 的接触换热。 每座冷却塔配2台循环水泵，循环水泵设计运行参数如下： 泵型号88lkxa-27.8 流量q=11.1m3/s 扬程h=25.7m 效率=87% 轴功率pa=3214.7kw 配套功率p=3500kw 3 改造方案论证 3.1xph型喷溅装置存在的问题分析 3.1.1xph型喷溅装置用在高压头的管式配水中 在水压的作用下，水流成旋转状离开喷头出口，由离心力的作用 向四周洒开。缺点：阻力损失较大，水头小时溅散效果较差，喷溅范围 较固定，均匀性差，中部容易产生气塞，水压太低时变成直流。 3.1.2xph型喷溅装置存在掉头问题 xph型喷溅装置的溅水盘与支架为分体加工，靠人力用塑料焊接 或粘接组装固定。由于水塔运行温差变化幅度较大、水冲击振动，使连 接强度降低，在大水量的作用下发生组装薄弱部位损坏，使溅水盘脱落 （ 俗称掉头 ）形成直流。 3.1.3xph型喷溅装置存在重水区、轻水区和无水区 水流经喷溅装置的蜗壳时产生旋转并改变方向，水的动能减小， 靠压力冲击到溅水盘上形成多股重水流线射向填料，形成固定的淋水流 线，水流线之间及其内部形成轻水区或无水区，由于喷溅范围小，不能 较好的实现交叉配水，水流线冲击的外部形成重水区，水线四周分散的 细小水滴所影响的部位形成轻水区，中间形成无水区。 3.2水塔配水系统均匀布水的重要性 冷却水塔的作用是将挟带废热的循环水在塔内与空气进行热交换， 使废热传输给空气并散入大气。空气带走的热量越多，冷却水塔的换热 效率越高，汽轮机的背压越低，机组的发电效率越高。配水的合理性与 喷溅装置淋水的均匀性（ 统称布水均匀性 ）对冷却塔的换热效果影响极 大。如果一部分填料淋不到水，那么这一部分填料就不能起到冷却作 用，通过填料区的空气也没有参与塔内的热交换过程，塔的换热效率也 必然下降；同时还会降低冷却塔的通风量。填料都能淋到热水，而布水 均匀性不好，存在重水区和轻水区，也会使冷却塔的换热效率下降。 喷溅装置是影响冷却塔换热效率的重要部件，热水通过不同的喷 溅装置洒到填料上将会获得不同的换热效率。目前，冷却塔内使用的 xph型喷溅装置在填料上存在着无水区、轻水区和重水区，使冷却塔 换热效率较低，存在着提高冷却塔换热效率的潜在条件。 xls-01旋转型喷溅装置解决了xph型淋水均匀性差的问题，水 流在压头的作用下通过喷溅装置的导水锥体推动溅水碟旋转；旋转速度 与射流水速度成正向关系，水头在600mm时旋转速度在60120转/ 分之间；试验证明：xls-01旋转型比xph型淋水均方差平均减少 15%，而喷溅半径增加约30%，交叉布水效果更好。 80 technologywindtechnologywind 3.3xls-01旋转型喷溅装置独有的性能特点 xls-01旋转型喷溅装置 1 ）改变了传统喷溅装置的淋水特性。xls-01旋转型喷溅装置使 水流在压头的作用下旋转，水滴靠离心力甩向四周；每个装置具有自己 的转速，互相并不等同，产生大小而又不等的无规则水滴，均匀地无固 定轨迹地淋撒在填料上，实现使水与空气的均匀接触，能够彻底达到均 匀布水目的，不存在轻水区、重水区或无水区，提高了水塔的冷却效率； 由于旋转上扬而充分利用配水空间换热；淋水均匀性好，喷溅范围大， 实现交叉配水，更有利于交叉淋水的均匀性；实践证明，在塑料填料上 使用要明显优于其它喷溅装置。为了提高使用寿命及旋转可靠性， xls-01旋转型采取了轴承水润滑技术。2 ）对夏季高温大负荷时的适 应性。夏季高温大负荷时循环水量大，溅水碟旋转速度快，水的喷溅范 围将会增大，淋水均匀性将会大大提高，多个喷头交叉作用后的效果会 更好，能够满足满负荷发电的高真空要求。3 ）对冬季低温负荷时降低 结冰的可能性。在冬季情况下，循环水量减少，水头降低，填料结冰是 从有水区与无水区的分界线上开始。由于溅水碟旋转，水流将无规律的 被分溅出去，使热水均匀地撒到填料上，从而避免或减轻结冰。4 ）降 低双泵运行时间，减少厂用电耗。经过电厂的实际使用观察，每年春季 可晚启双泵运行时间约半个月，秋季可早停双泵运行时间约半个月。5 ） 采取整体加工方式，解决了其它组合式喷溅装置的掉头断裂等问题。6 ） 由于循环水温度降低，相应降低水塔的蒸发损失，减少冷却塔补水量。 4 改造方案 4.1工作内容 1 ）拆除 xph型喷溅装置及异径管箍，安装带异径管箍的弯头， 弯头下安装xls-01旋转型喷溅装置。2 ）拆除xph型喷溅装置8408 套，安装xls-01旋转型喷溅装置8408套。经过配水校核计算及多个 冷却塔的使用经验初步确定内外区喷嘴布置如下：内区喷嘴25mm 1008套、27mm2354套、29mm224套，合计：3584 套；外 区喷嘴 29mm 2208 套、30mm2616 套，合计：4824 套。3 ） 清理喷溅装置内堵塞。4 ）更换损坏的三通、管座、臂管及连接件。 5 改造后的节能效益分析 经湖北电科院试验，修正到设计气象条件，设计进水温度41.48 和进水流量 69640t/h，改造后出水温度为30.01，大修前出水温度 31.69。#2冷却塔大修及喷溅装置改造总效益为冷却塔出水温度降低 1.68。扣除常规冷却塔大修效果（ 水温下降0.4，经验数值 ） ，实际 喷溅装置改造总效益为冷却塔出水温度降低1.28。根据冷却塔出塔水 温对汽轮机组背压变化的影响以及汽轮机厂家的背压对热耗率（ 机组煤 耗率 ）修正曲线冷却塔出水温度降低1.28，可以使得机组额定负荷供 电煤耗率降低0.9g/kwh，按照年发电量20亿度电计算，年节约标煤 1800t，按煤价750元/吨，机组在喷溅装置改造后每年节约发电成本 135万元。 参考文献 1 中国工程建设标准协会.冷却塔验收测试规程.(cecs_118;2000). 2 王国春.冷却水塔配水喷溅装置改造探讨. 3 国网湖北省电力公司电力科学研究院.大唐华银金竹山发电有限公司 2 号机组 2013 年综合升级改造后冷却塔性能试验报告. （ 上接第78页 ） 2.2.2巴西铁矿 巴西是连云港口岸第二大铁矿石供应国，主要供货商有淡水河谷、 samarco 等公司。2014 年，连云港口岸共计从巴西进口铁矿石 154批次，1361.61万吨。其中不合格3批次，33.4226万吨，货重不 合格率仅为 2.45%。巴西矿铁含量高，低硫铝、低烧失量、粒度均匀， 总体品质多年来一直保持稳定。铁含量不合格情况很少发生，不合格情 况在于二氧化硅、三氧化二铝等杂质含量上。但巴西矿的明水问题频频 发生，航运损耗大，短重率较高，给收货方造成较多损失。 2.2.3乌克兰铁矿 表2 乌克兰进口铁矿含量分析 fe含量批次重量（ 万吨 ）不合格批次不合格率%（ 重量 ） 64%以下221.57123.65 64%-64.5%419.774100.0 64.5%-65%1268.6829.55 65%-65.5%2586.7218.74 66%以上824.98250.65 乌克兰铁矿储量 300亿吨，占全世界的17%，居世界第一位，是 我国重要的铁矿进口源之一，但我国进口乌克兰铁矿较少，国内尚缺乏 相应的品质分析，本文将针对2014年连云港口岸进口的乌克兰铁矿进 行详细的品质分析。2014年连云港口岸进口乌克兰进口铁矿 51批次， 重量 221.72万吨，占连云港口岸进口铁矿总量的 4.64%，比 2013年 进口量增长87.4% （ 重量比 ） 。乌克兰铁矿多为精粉，一般品质较高且 较为稳定，铁含量一般在64%66%之间（ 见表2 ） ，不合格情况较少。 2014年进口不合格乌克兰铁矿11批次，其中1批次为粒度不合格，2 批次为sio2含量不合格，其余均为al2o3不符合合同要求。 3讨论 铁矿是重要的大宗资源性产品，品质差异较大，而进口铁矿具有 批量大、货值高等特点，贸易额较大。同时，铁矿的品质情况受矿床地 质特征、开矿条件、矿山规模、后续加工条件等多个因素影响。因此， 针对几个主要产地的进口铁矿检验结果进行详细的分析，从而整体把握 其品质情况，有利于降低进口铁矿的贸易风险，保护贸易双方权益。 本次抽样情况看：巴西铁矿品质较为稳定，不合格情况较少，主要 不合格项目为杂质及水分不合格；澳大利亚进口铁矿不合格情况略高， 部分铁矿中铁含量国内外检