（热能工程专业论文）冷却塔运行特性研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文 第 1页 共 4页 摘要 本文主要分析目前电站应用自 然通风逆流式冷却塔进行换热 所存在的问题及其改进的一些方法，并进行优缺点分析。 本文针对自 然通风逆流式冷却塔冬季运行时的防冻处理，及 预防结冰所应采取的措施进行研究和计算，提出以增加或减少挡 风板的高度来控制出塔水温的方法，并对其进行计算分析。当外 界温度发生变化时，为保证出塔水温不发生变化，可通过改变挡 风板面积的方法，使进风口面积及进塔风速发生改变，进而保证 出塔水温，保证冷却塔在冬季的正常运行。 本文将针对自 然通风逆流湿冷式冷却塔中影响效率较大的淋 水装置提出设计改进方案，即旋转式喷溅装置的研究与应用，内 容主要包括j n x - o r 型节能旋转式喷溅装置及旋转溅水碟式喷头在 冷却塔上应用情况的试验研究及热力计算。 通过对喷溅装置的改造，改变了喷头的出水特性，从而降低 了冷却水出水温度，提高了汽轮机真空和汽轮机热效率，降低了 煤耗，提高了机组运行的经济性。 关键词:冷却塔，喷溅装置，试验，热力计算 华北电力大学工程硕士学位论文 第 2页 共 4页 abs tract t h i s t h e s i s c h i e fl y a n a l y z e s t h e p r o b l e m o f e x c h a n g i n g h e a t q u a n t i t y a n d t h e m e t h o d s o f t h e i m p r o v e m e n t o f c o o l i n g t o w e r i n p o w e r s t a t i o n , c o m p a r e s a n d a n a l y s e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f i t . t h i s t h e s i s w i l l d i s c u s s h o w t o p r e v e n t n a t u r a l - d r a ft c o u n t e r - fl o w w e t c o o l i n g t o w e r f r o m f r e e z i n g i n w i n t e r , a n d c o m p u t e t h e a r e a s o f d r a u g h t d e fl e c t o r s . wh e n t e m p e r a t u r e c h a n g e d , i n o r d e r t o k e e p t h e o u t l e t t e m p e r a t u r e o f t h e c o o l i n g w a t e r s t a b l e , w e c a n c h a n g e t h e a r e a s o f d r a u g h t d e fl e c t o r s , s o t h e s p e e d a n d a r e a o f t h e d r a u g h t i s c h a n g e d , w h i c h w i l l i m p r o v e t h e s a f e t y a n d e c o n o m y o f t h e r u n n i n g a s s e m b l i n g s e t s w i t h t h e a s s u m p t i o n o f e c o n o m i z i n g w a t e r i n w i n t e r . t h i s t h e s i s w i l l p u t f o r w a r d a n e w d e s i g n p r o j e c t t h a t a i m e d a t d i s c u s s i n g t h e p a c k i n g s e t s o f n a t u r a l - d r a ft c o u n t e r - fl o w d ry c o o l in g t o w e r , w h i c h i s t h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f t h e s p r a y n o z z l e . t h e c o n t e n t m a i n l y i n c l u d e s t h e e x p e r i m e n t a l s t u d y o f t h e a p p l i c a t i o n o f t h e j n x - 0 1 s p r a y n o z z l e i n c o o l i n g t o w e r , a s w e l l a s t h e h e a t i n g c a l c u l a t i o n . a ft e r t h e m o d i f i c a t i o n , t h e c h a r a c t e r i s t i c o f o u t l e t w a t e r o f t h e s p r a y n o z z l e i s c h a n g e d a n d t h e o u t l e t t e m p e r a t u r e o f t h e c o o l i n g w a t e r fr o m t h e s p r a y n o z z l e i s d e c r e a s e d . a s a r e s u l t , t h e c o a l c o n s u m p t i o n i s r e d u c e d a n d t h e e f f i c i e n c y o f t h e s t e a m t u r b i n e i s b e t t e r . k e y w o r d s : c o o l i n g t o w e r , s p r a y d e v i c e , e x p e r i m e n t a t i o n , h e a t i n g c a l c u l a t i o n 华北电力大学工程硕士学位论文第 i页 共 4 9页 第一章引 言 1 . 1 研究背景 火电厂在生产电能的同时，要排出大量热量，这些热量需要大量 的水或空气冷却。在我国北方一般用冷却塔冷却，冷却塔性能好坏直 接影响电厂运行的安全性和经济性，因此冷却塔的结构优化可以给电 厂带来明显的经济效益。可是长期以来由于种种原因，电厂缺乏对冷 却塔节能潜力的认识，许多电厂甚至忽略冷却塔维护和监督，导致冷 却能力降低。据北美经济可行性会议提供的数据表明，美国发电厂每 年因冷却塔问题造成的电能损失达 1 . 8 5 g w h ，这导致经济损失达 1 0 0 多万美元，其中冷却塔热力性能缺陷产生损失约2 5 万美元 i 。可见冷 却塔的节能潜力是十分巨大的，因此我们应该对这一问题给予足够的 重视。 冷却塔的发展简史: 1 9 1 0 年荷兰学者依特尔松提出了以 钢筋混凝土建造冷却塔壳体， 至今己有9 0 多年的历史，在国内外科技人员的努力下， 使冷却塔的技 术日益完善。由原始的开放式冷却塔发展到带有通风筒的冷却塔。风 筒的形状从圆柱形、多边锥形发展到目 前普遍采用的双曲线型。随着 机械制造业的发展，出现了装有鼓风机或抽风机的机械通风冷却塔。 有的国家综合了自 然通风塔和机械通风塔的各种优点，设计了通风筒 和机械通风联合使用的混合式的冷却塔。冷却塔的技术发展很快，并 有以自 然通风冷却塔为主的趋势。 美国早期的冷却塔主要是机械通风冷却塔，自1 9 6 3 年建成第一座 自 然通风冷却塔后，发展很快。在一些大的机组上都建造了自 然通风 华北电力大学_ i_ 程硕士学位论文第 2页 共 4 9页 冷却塔， 现在自 然通风冷却塔的数量约占 全国冷却塔的5 0 % 以上。 西欧 各国和前苏联主要采用自 然通风冷却塔。自 然通风冷却塔具有运行费 用低、故障少、易于维护的优点，因此获得了很大的发展。我国冷却 塔的技术发展比国外晚， 与国外有一定的差距， 但经过近十年的努力， 差距在缩小。近十年来，我国建了许多大的自 然通风冷却塔以适应火 力发电厂容量和单元发电机组容量不断增大的需要。国外最大的冷却 塔是法国戈尔夫什核电站的冷却塔，塔高为 1 7 8 . 6米。我国建造的最 大的湿式冷却塔是山东邹县电厂的冷却塔， 其淋水面积为9 2 4 6 m , 塔 高为1 5 0 . 1 米， ， 。 随着冷却塔技术的发展，其主要的部件发展很快。淋水填料的结 构型式和材质发生了很大的变化。从早期的木材、石棉水泥，到现在 的塑料、玻璃钢等，这也是今后发展的方向。淋水填料的型式从原来 效率低的板条型填料发展到效率高的铅丝水泥格网板、纸蜂窝等。冷 却塔的配水系统也很重要，国外广泛采用管式配水系统，我国过去大 多采用槽式配水，在小型机械通风冷却塔中采用旋转式的配水系统。 我国在1 9 8 5 -1 9 8 7 年也相继建成了带有管式系统的冷却塔， 如秦岭电 厂的4 0 0 0 m 冷却塔、邹县电厂的6 5 0 0 m 的冷却塔等。 本论 文首次提出的j n x - 0 1 型节能旋转式喷溅装置及旋转溅水碟式 喷头具备投资少， 节能效果显著，降低煤耗明显等特点，投资回报率 很高。尤其在电力改革后，由于煤炭价格居高不下，电厂竞争日 趋激 烈，成本压力日益增大，因此该项目 更具推广和应用价值。 冷却塔的发展前景: 近年来我国g d p 保持了 很高的发展速度， 平均年增长率在7 % 到8 % 华北电力大学上程硕士学位论文第 3页 共 4 9页 之间，而由于种种原因， 在这几年中，电力工业并未得到相应的发展， 造成了去年夏天全国很大范围的缺电现象。为缓解用电紧张的局面， 目 前各地都在争上电源点。据统计到 2 0 1 0 年我国的装机容量要增加 1 倍，达到 4 . 9亿千瓦，且以 火力发电为主，所以会有很多大型的冷却 塔要建造，有很好的发展前景。火电厂中的冷却水用量很大，而我国 电厂冷却水的循环利用率只有5 0 % 多幻 ， 与国外发达国家的水平有很大 的差距。随着水资源的紧缺，提高水的循环利用率是必然的，j n x - o 1 节能旋转式喷溅装置及旋转溅水碟式喷头具有很大的市场潜力。 1 . 2 研究内容 本论文将完成以下几部分内容: 冷却塔的介绍。比较系统、全面的介绍冷却塔的分类，冷却塔的 结构和各部分的功能及其它的工作原理。 对我国日 前运行中的冷却塔出现的一些问题进行了分析和探讨。 针对冷却塔冬季运行遇到的结冰问题作了分析，对应用挡风板防 冻问题，设计程序，运用冷却塔空气动力计算和热力计算，以某电厂 的冷却塔为例，利用实际运行的数据进行计算。得出了挡风板面积随 气温变化曲线，对运行有指导意义。 对 j n x - o 1型节能旋转式喷溅装置及旋转溅水碟式喷头进行了 介 绍， 对应用j n x - o i 型节能旋转式喷溅装置及旋转溅水碟式喷头的冷却 塔改造前后的试验数据进行了分析。 1 . 3工程实际意义 大部分能源是不可再生的，因此为了经济能够可持续发展，我们 要尽可能提高能源的利用率，降低能源消耗。2 0 0 1 年，全国一次能源 华北电力人学工程硕士学位论文 第 4页 共 4 9页 消费量为1 3 . 2 亿吨标准煤。其中煤炭占6 7 . 0 % ，石油2 4 . 6 % ，天然气 2 % ，水电6 . 0 % ，核电0 . 4 % :其中不可再生能源占9 3 . 6 % 。中国能耗强 度为世界平均值的3 倍以上。 冷却塔运行性能改进可以大大降低煤耗。 这对于我国电力使用能源的可持续发展有着巨大的实际意义。 华北电力人学r 程硕士学位论文 第5 甄共4 9 页 第二章冷却塔的原理及分类 2 1 冷却塔简介 电厂中冷却塔( 见图2 1 ) 的任务是把火电厂汽轮机末端的排气在 凝结成水的过程中所散发的大量热量释放到环境中，并以较高的冷却 效率，使凝结水获得较低的水温。一般来说凝结水的温度越低，汽轮 机的热效率越高，反之不仅会影响汽轮机的热效率，甚至会危及汽轮 机运行的安全 性。因此，冷 却塔的冷却效 率直接影响火 电厂运行的安 全性和经济 性。 自然通风 冷却塔是利用 图1 2 - 1 塔内空气的压 力差使通风塔产生足够的抽力，使冷空气不断流入塔内与热水进行充 分的热交换使热水冷却。同样空冷塔的主要功能是完成被冷却介质与 空气之间的热量交换。 2 2 冷却塔分类 冷却塔按冷却方式可分为湿式冷却塔和干式冷却塔，其中湿式冷 却塔按水流及气流的方向分为逆流塔和横流塔。按气流产生方式分为： 机械通风冷却塔、带辅助风机的自然通风冷却塔和双曲线自然冷却塔。 华北电力大学工程硕士学位论文 第6 页共4 9 贞 机械通风冷却塔由于运行费用高、风机噪音大、容易发生故障，因而 在我国电力系统中应用较少。带辅助风机的自然通风冷却塔虽有很多 优点，但由于其结构复杂，运行维护工作量大，也很少采用。所以双 曲线自然通风冷却塔在我国电力系统中占主导地位。n 1 干式冷却塔又称空冷塔，是用空气作为冷却介质的冷却塔。根据 传热载体的不同可分为直接空冷和问接空冷两种。所谓直接空冷，即 将汽机的排气直接引入冷却塔内的散热管，蒸汽凝结成水所散发的热 通过散热管转给空气再由空气释放到火气；间接空冷则仍然利用水为 载热体，将在凝汽器获得的热量由散热管通过空气散发到大气中。由 于这类塔需要耗用大量的金属散热管，其成本昂贵，仅适用于严重缺 水地区，目前我国山西太原、大同、内蒙丰镇等电厂采用了空冷塔。 本文对二f 式塔不作讨论。 冷却塔从结构的发展史上看，双曲线型通风筒外壳有木的、钢的、 索网加铝板的、钢筋混凝土预制的、现浇钢筋混凝土的等，但现阶段 在：i ：程中大都采用现浇钢筋混凝土双曲线型冷却塔。塔筒采用双曲线 外形不仅可以减小塔表面积节约材料，而且具有抗强风的优良力学性 能，在风荷载作用下壳体表面所产生的内力主要是压力、拉力和剪力， 弯矩很小。其它结构型式或力学性能差，或材料耐久性不好，或材料 不易解决、造价高，或施工方法不够完善等而没有得到推广和继续发 展。现浇钢筋混凝土双曲线冷却塔已成为现阶段自然通风冷却塔应用 的主要形式。 湿式冷却塔是空气与水进行直接接触，进行传热、传质，达到降 低循环水温度的目的。为此在塔内设置了供水、分水、配水管道和使 华北电力大学翻翻顽士学位论文 第7 页共4 9 页 水能均匀溅散的喷溅装置、为水和空气提供充分热质交换条件的淋水 填料、为消除水滴、减少飘滴对环境污染的收水器等，这些统称淋水 装置。 湿式冷却塔按水、气流动方向可分逆流式和横流式。逆流式是指 水流由上而f ，空气则由下向上流动，在水气作相对运动的过程中进 行热质交换；横流式则指水由上而下流动，空气流动方向与水流呈9 0 度夹角。这两种型式淋水装置的主要区别就在于逆流塔的淋水装置设 在塔体内，而横流塔则将淋水装置设在塔体的外围或两侧。逆流塔水 的冷却过程包括喷溅装置( 冷却1 0 左右) 、淋水填料( 冷却7 0 左 右) 和填料下部的雨区( 冷却2 0 左右) 三个部分，而横流塔则1 0 0 在填料区内冷却。由于这一特定的条件，逆流塔和横流塔所采用的 填料应有所区别。从散热的份额看，填料的特性将直接影响冷却塔的 效率。在填料的选型上既要考虑逆流塔和横流塔的区别和填料的热力、 阻力特性，又要考虑循环水水质条件和冬季结冰对填料影响的严重程 度以及填料的造价等因素。 自然通风冷却塔是通过冷空气在塔内增温后形成塔内、外空气密 度差所产生的压力差，使塔内具有一定浮力的上升气流，这一浮力必 须大于塔( 从进口到出口) 的总阻力，才能保证塔的正常运行。当在 大风和在大气层中发生逆温现象时，或塔内填料脱落形成“空洞”使 大量冷空气直接进入塔体内时，将影响塔的出力。机械通风冷却塔是 由轴流风机，对冷却塔作抽风或鼓风时，强迫冷空气进入塔内与载体 进行热质交换“。 华北电力大学工程硕十学位论文 第 8页 共 4 9页 第三章自然通风逆流式冷却塔的组成及其特性 冷却塔的种类很多，这里我们主要讨论是的自 然通风逆流式冷却 塔，主要由以下几部分组成:塔体、淋水填料、配水系统、收水器、 雨区及集水池、空气分配装置。( 见图3 - 1 ) 3 . 1塔体 我国大 多数火电厂 普遍使用的 是自然通风 逆流式冷却 塔，其塔筒 几乎都被做 成 双 曲 线 形，其作用 对角式支柱 空气进口 热水进曰圆环式基础热水上升管 自 然通风逆流湿式冷却塔( m 3 - 1 ) 是创造良 好的空气动力条件， 减少通风阻力，将湿热空气排至大气层， 减少湿热空气回流，因而冷却效果较为稳定口为满足热水冷却需要的 空气流量，塔内、外要有足够的压差，但塔内、外空气密度差是有限 的，因此自 然通风冷却塔必须建造一个高大的塔筒。塔筒材料一般用 钢筋混凝土制成。 3 . 2淋水填料 填料是冷却塔的重要组成部分，水的冷却过程，主要在淋水填料 中进行， 其所产生的温降达整个塔温降的6 0 % - 7 0 % . 淋水填料是由不同 材料、不同断面形式、尺寸和排列方式的构件所组成，当热水淋至填 竺 逃 些旦鱼 卫趣上型竺 主一一一一第 ， 页 共 4 9 。 料上时溅散成水滴或形成水膜，增加了水和空气的接触面积和接触时 间，即增加了水和空气的热交换强度，利于循环水的冷却。 填料的型式有薄膜式、点滴式、薄膜点滴式等，可根据不同情况 加以 选取。 3 . 3配水系统 配水系统也是冷却塔的重要组成部分，其作用是将热水均匀溅散 到整个淋水填料上，以提高冷却效果。整个过程包括:将热水升到配 水高程，分配到整个填料断面，通过喷头洒到填料上。 竖井，为一个竖立的井筒，底部与循环水压力管道连接，顶部为 开敞式，热水经竖井送到配水高程。通过两级或三级配水，将水逐级 配到分水槽、配水槽，再通过安装在这些水槽底部的喷头将水洒到填 料上。配水分布性能的优劣，将直接影响空气分配的均匀性及填料发 挥冷却作用的能力。配水不均匀，将降低冷却效果。 配水系统有以下几种形式:旋转式配水系统、槽式配水系统、管 式配水系统、池式配水系统。 3 . 4收水器 收水器是为了减少冷却塔的飘滴对周围环境的影响，同时也为了 减少冷却塔的补充水量所采取的节水措施，它的工作原理是使上升气 流所挟带的水滴撞击在它的 表面，以后能够附着在上面，既可把水滴 截留下来，又让空气顺畅通过。 收水器通常是采用惯性撞击分离法的技术原理设计的，一般由 倾 斜布置的板条或波形、弧形叶板组成，大多是用玻璃钢或塑料制成。 对收水器的选择，主要看它的除水效果和通风阻力的大小，同时还要 华北电力大学 f 程硕十学位论文第 l 0页 共 4 9贞 注意它的几何尺寸的稳定性。 3 . 5雨区及集水池 在逆流塔中，填料以下，水池水面以上的部分称为雨区，即冷却 水在塔中像下雨的区域。气流进入冷却塔后，经过此区域，然后经过 填料。 热水经过冷却后， 汇集到集水池内，然后从集水池流到水泵房， 循环使用。集水池的容积，应保证冷却塔的正常运行，以及冷却塔突 然停止运行时，水不会溢出池外。根据国内外的设计资料统计，循环 水系统的容积约为每小时的 循环水量的1 / 3 至1 / 5 。 如果循环水需要经 过药剂处理，则整个循环系统的容积应满足药剂在系统内停留时间的 要求。集水池的深度不宜大于2 m ，池壁在水面以 上应有0 . 2 - - 0 . 3 m 的 超高，为了防止满溢，在池内设置溢流管，并应设置排污、排泥及放 空设各。通常，集水池具有储存和调节水量的作用 巨1 。 3 . 6空气分配装置 空气分配装置的作用是利用进风口、百叶窗和导风板等装置，引 导空气均匀分布于冷却塔的整个截面上。主要包括进风口 和导风装置 两部分。 进风口的外形和面积大小，对整个淋水填料截面上的气流分布与 通风阻力有很大的影响。增大进风口高度时，进风口 面积增大， 进口 风速减小，塔内空气分布均匀，塔内气流总阻力减小，但增加塔体高 度，造价和供水动力消耗也增大。反之，进风口面积小时，进口 风速 增大，塔内空气分布不均匀，进风口涡流区大，影响冷却效果。风筒 式 逆 流 冷却 塔进 风口 与 塔 淋 水 面 积 之比 不宜 小 于0 . 4 . l 1 导风装置有导风板、隔风板、使进入塔内的空气导向淋水填料。 华北电力大学工程硕士学位论文第 u 页 共 4 9页 进风口卜 部装设导风板可消除进风处气流旋涡，阻力系数可降低 1 0 % 左右。 华北电力大学 _ 程硕士学位论文 第 1 2页 共 4 9 n 第四章 我国电厂中现有冷却塔运行中存在的主要问题 4 . 1 目 前存在的主要问题 我国 大部分电厂 一 均采用双曲 线逆流式自 然通风冷却塔。这些塔的 冷却面积从1 2 0 0 m -9 0 0 0 m 不等，而其中运行十年以上的冷却塔( 以 卜 简称老塔) 约占半数以上，个别塔己运行近 3 0年。按冷却塔运行规 程规定， 冷却塔填料的有效使用期为 1 0 1 2 年，因此它们大都超过了 有效使用期。这些塔中，相当一部分没有进行设备的更新改造，设备 的老化和损坏情况已 经相当严重， 如填料结垢破损、 喷头脱落堵塞等， 使冷却塔长期处于低效运行状态， 导致回水温度升高， 机组真空降低， 煤耗上升，个别机组甚至过夏困难，有时不得不降出力运行。另外， 冷却塔的管理长期得不到重视，造成能源的极大浪费。人们普遍重视 主机和泵、风机等辅机的节能降耗工作，投入了极大的人力物力进行 设备的更新改造，并取得了一定的经济效益，但是冷却塔节能降耗存 在的潜力是巨大的，只需投入较少人力物力，便可取得事半功倍的效 果。 冷却塔存在的主要问题是: 4 . 1 . 1 运行经济性差口 这是由于设计施工、 设备陈旧老化和管理不善等 因素共同造成的。 4 . 1 . 2 设计与施工质量方面存在的问题。 配水系统:冷却塔配水系统的好坏是影响冷却塔效果的重要因素 之 一 。绝大多数采用槽式配水，其中又分为中央竖井、方形四竖井; 配水槽辐射状、环形、枝型及方格型等多种型式。由于一些塔的原设 计配水系统考虑不周，施工质量差，使各处水槽标高相差较大，进而 华北电力大学 l 程硕士学位论文第 1 3 贞 共 4 9页 产生较大水位差;部分塔主水槽和分水槽进口部位是方角，也导致进 口部位形成水面降，加剧了 水槽水位差。所有这些，造成喷嘴喷溅不 良，一台循环水泵运行时个别水槽水位很浅甚至无水，使冷却效果变 差。 工艺结构设计不当:主要表现在梁柱设计影响水的喷溅，致使冷 却效果变差。其主要表现在:槽式配水冷却塔的设计，基本上套用过 去的定型设计，而原设计几乎全采用瓷嘴瓷碟喷溅装置，瓷嘴短且与 瓷碟的距离大，梁的高低对配水基本无影响。但当采用一体式的塑料 喷嘴时，梁的高度就在一定程度 仁 影响了喷溅效果。另外，有的设计 不当， 如临沂电厂的两座 1 5 0 0 m 塔，由于外围圈梁的影响， 使淋水面 积减少约 1 3 % 左右。 喷溅装置:老塔采用的喷溅装置有两种形式:瓷嘴瓷碟和反射型 塑料喷溅装置。两种喷溅装置各有优缺点，如瓷嘴瓷碟不易对中，螺 钉易锈蚀，致使瓷碟脱落，造成大股水流直冲而一 ;但它在水槽水位 很浅时仍能保持较好的喷溅性能。反射型喷溅装置上下连成一体，具 有布水均匀， 无中空现象及无对中问题等优点; 但也存在一主要缺陷， 即低水位时喷溅性能急剧下降。电厂中冷却塔的冷却水量是按夏季两 台循环泵的总流量确定的，但在一年中大多数时间内为一台泵运行， 由于水量与配水槽水深的平方根成正比，当水量减少一半时，使水深 降到全流量水深的 1 / 4 ，导致喷嘴的作用水头减少，水流溅散不开。 目 前开发使用的j n x - 0 1 节能旋转式喷溅装置， 优于其它的喷溅装 置，具有较好的淋水效果，已经在工业上的广泛应用。 淋水填料在冷却塔中，淋水填料是进行水、汽气热交换的最主要 华北电力大学_f 程硕十学位论文第 1 4页 共 4 9页 部分，因而也是提高冷却塔运行经济性的关键设备。自 然通风冷却塔 采用的淋水填料有以下几种:水泥网格板、陶瓷填料、楠竹填料和塑 料填料( 分早期的简单波形和目 前流行的复合波形) 。水泥网格板淋水 填料，应用在电力部门已有三十余年的历史，为电力生产起到了重要 作用，但也存在一定缺陷，如加工和安装困难、破损率大以及冷却效 果低等，日 前基本不再使用。陶瓷填料 一 是近几年应用在电力行业的填 料，它具有使用寿命长、耐热抗寒耐腐蚀等优点，但冷却效率不高， 且存在重量大、运输安装破损率高等缺陷。楠竹填料具有亲水性好、 重量轻等优点，尤其适合于框架式老塔的改造，曾在南定电厂的水塔 改造中取得显著效果;但应用于层叠式结构中，效果不理想。塑料填 料是目前应用最广泛的淋水填料。它具有重量轻、易成型、易切割、 冷却效率高等优点，目 前已发展到几十个品种，是新塔应用和老塔改 造的首选填料。但塑料填料强度稍差，如喷溅装置脱落，垂直下落水 流容易冲毁塑料填料，个别被撕裂冲毁处面积达数平方米，影响了冷 却效果;冲毁的塑料碎片又容易堵塞回水滤网和凝汽器铜管。另外， 生产塑料填料的厂家越来越多，有时塑料本身的物理性能不能够得到 保证，影响了塑料填料的使用寿命。 4 . 1 . 3设备陈旧老化。如前所述，大部分冷却塔己接近或超过了有效 使用期，设备老化情况己 相当严重，使冷却塔处于低效率运行状态， 而且这种情况还在发展。 结垢严重，有的填料孔眼几乎全被堵死，其结果不但使冷却效率 下降，而且使填料重量增加较多，导致支撑梁的弯断，又进一步导致 填料的塌陷。循环水质不好是造成结垢的主要原因。 华北电力大学 程硕士学位论文 第 i s页 共 4 9页 许多电厂利用循环水养鱼，使循环水质下降，微生物大量繁殖， 填料、立柱等处附着大量有机物，减小了 冷却面积。 冷却塔中许多填料，尤其是水泥网格板填料 一破损较多， 堆砌凌乱。 从各厂历年统计结果看，冷却塔出塔水温呈逐年升高趋势，也说 明冷却塔老化情况越来越严重。 4 . 1 . 4冷却塔管理不善的问题。冷却塔管理不善是一个普遍存在的问 题。许多电厂存在着重土机轻辅机的倾向，冷却塔运行无人管理，设 备缺陷无人维修。例如，防冻挡板不能按季节调整，配水槽内淤泥厚 达数十厘米也不清理，喷嘴堵塞无人疏通，脱落也不更换，收水器张 落到填料上的现象比比皆是;有的厂在离塔几米处建起了围墙或建筑 物，塔周围堆满土石，杂草丛生，影响了塔的通风;有的回水沟滤网 水位差高达5 0 c m以上。由于管理不善， 不仅使冷却塔冷却效率迅速降 低，冷却水温逐年升高，同时加速了填料的陈旧和老化，缩短了填料 喷嘴等设备的使用期。(8 ) 4 . 1 . 5冷却塔冬季结冰危害 在我国北方地区和靠近北方地区，冷却塔在寒冷季节运行时，会 面临一个结冰破坏、威胁安全运行的严重问题。分析其原因，从客观 方面来讲，是自 然界天气变寒带来的困难; 从主观方面来讲， 有三点。 第 一 ，过去冷却塔设计时没有考虑防止冬季结冰破坏的措施。例如， 美国第一座双曲线自 然通风冷却塔在它投产运行的第一个冬季就遭到 结冰损坏的危害。直到今天为止，冷却塔还是面临冬季结冰损坏主要 部件结构危害问题， 它仍是当前新设计冷却塔时需要研究解决的课题。 第二，由于不重视施工质量，而造成冰冻损坏冷却塔主要部件结构也 华北电力大学上 程硕士学位论文 第 1 6页 共 4 9 a 是严重的。例如东北某电厂 3 5 0 0 m 双曲 线通风冷却塔，由于冬季频繁 启动和梁、柱等构件质量较差，未按设计所要求的强度、抗冻和抗渗 水泥标号 施工，自1 9 8 5 年 1 1 月投入运行，仅经过 个冬天，全塔的 1 7 2 根钢筋混凝土支柱中，有 8 5 根严重剥皮，3 6根三面露主筋，1 0 3 根产生纵向裂缝:全塔2 0 4 根主梁中，有3 0 % 以上严重露筋;5 4 8 根次 梁中， 严重剥皮露筋的占1 0 % 以上; 淋水填料支承构架基本破坏。 第三、 由于冷却塔冬季运行防冻管理措施不好而造成的。例如天津某发电厂 在1 9 7 4 年冬季， 双曲线冷却塔刚投产， 就遇到寒流的突然袭击，在没 有采取任何防冻措施情况 卜 ，造成大量淋水装置损坏，使冷却塔无法 继续运行， 造成严重经济损失。幻 综上所述，必须重视冬季防冻问题，尤其在严寒地区更为重要。 4 . 2 改进措施 改进冷却塔提高老塔效率一般有以下方法:大规模改造、局部更 换、缺陷消除:加强管理工作;加强冬季防冻措施，保证正常运行。 下边分别作介绍: 对老塔进行填料和喷溅装置的更新改造势在必行。前几年我们己 做了这些方面的试验研究，取得 了 一些经验，使老塔的效率得到一定 的恢复和提高。近几年电厂也没有停止过老塔的改造，但有些厂的改 造缺乏技术指导，存在不少问题，如不少厂将瓷嘴瓷碟喷头更换为先 进的塑料反射型喷溅装置，但在口径选择_ 匕 没有进行流量不同时的 水位优化计算，没有考虑内外区淋水密度的差别，仅仅更换了事，其 结果反而使配水情况恶化。另外，在填料等其它设备的选择上也存在 一些问题! 14 1 12 0 1 华北电力大学上 程硕士学位论文 第 1 7页 共 4 9页 冷却塔的大规模改造收效明显，但投资也很大，在改造资金比较 紧张的情况下，可采取一些局部的改造工作，如填料仅更换损坏的部 分，重新进行修补;更换反射型喷溅装置;加装收水器等。 加强管理工作。如前述，冷却塔的维护和管理工作一直是国内各 厂的薄弱环节，如果电厂能对冷却塔进行定期清理，及时修复损坏的 设备，以及将水塔周围清理干净，使符合规程要求，冷却塔效率就不 会下降过多，夏季超温现象也可得到缓解。 为确保冷却塔冬季正常运行， 可通过采取加大塔的外围淋水密度、 设挡水檐及挡水板、加设防冻管及进风口 加挡风板等措施，保证冷却 塔在冬季能够安全经济运行。 4 . 3 节水问题 从冷却塔排出的热湿气流中，有一部分小水滴被带出塔外，随风 飘落在塔周围的地面上，这部分损失的水量称为风吹损失，损失量占 冷却塔循环水量的百分数见表4 - 1 。 另一方面， 从塔中落向周围的水滴 像下雨一样，影响周围环境，冬天会在塔周围结冰，甚至影响交通。 为了消除或减小上述不利影响，减少水的损失，现在的冷却塔基本_卜 都要求安装收水器。收水器安装在淋水装置的排气方，为将气流所带 的水滴尽量拦截下来，流回到循环水中去，不被气流带出塔外。安装 收水器后风吹损失就大为减小、见表4 - 1 . 表 4 - 1风吹损失率 ( %) 塔型机械通风冷却塔 自 然通风冷却塔 无收水器 0 . 4 - 0 . 70 . 3 - 0 . 6 有收水器 0 . 2 - 0 . 3 0 . 1 华北电力大学工程硕士学位论文第 1 8页 共 4 9页 气流带走的水滴大小和数量，与气流速度、淋水方式有关。在点 滴式填料中，水滴就容易被带走;在薄膜式填料中，水滴较少且不容 易被带走。 4 . 3 . 1 采用措施 5 0年代的收水器多为双层木质百叶窗形，这种收水器容易腐烂。 收水效率达9 0 % 左右。 7 0 年代的收水器多改用石棉弧形收水器，石棉对身体有害，并且 容易损坏。收水效率达9 6 % 左右。 8 0 年代的收水器改为玻璃钢代替，玻璃钢易脆化，使用年限短。 收水效率达9 6 % 左右。 9 0年代的收水器采用塑料制品，其性能比较稳定。收水效率达 9 8 % 左右。 4 . 3 . 2 节水设想 随着工业材料的更新，收水器的改造已日益完备，收水效率将大 幅度提高。 设想若在冷却塔顶部安装收水器， 可提高循环水的回收率。 水是我们赖以生存的地球上宝贵的资源，有效地利用工业用水， 尤其是循环冷却水将会对我们以及后代创造良 好的生活环境。 华北电力大学 i 程硕士学位论文 第 1 9页 共 4 9页 第五章冷却塔防冻 在我国北方大部分地区， 冬人的平均气温大约在一 1 0 以下， 冷却 塔在冬季运行时，因气温过低而引起塔的某些部位结冰，影响正常运 行。 5 . 1冷却塔结冰条件 水结成冰必须具备一些条件，即水温降到冰点以下，要求水的含 热量小，有充分的空气来冷却这些水。冰点又与水的流动有关，静止 的水冰点高，流动的水冰点低。 静止的水冰点为摄氏o c( 绝对温度2 7 3 . 1 5 k ) ， 摄氏0 的水变成 摄氏0 的冰需要放出结冰热容量， 在摄氏0 的空气下一定的时间内 即可结冰。 所以水塔在停止运行的情况下静止的积水在摄氏0 时即可 结冰;水塔在运行中一些静止的积水在摄氏0 时也可结冰。 流动的水冰点与换热过程有关，水滴结冰在水塔的流动轨迹、流 动时间与空气温度有关， 水滴在摄氏0 以下的空气流动情况下， 具有 一定的流动时间与空气亲密接触而放出结冰热容量即可结冰。例如: 在一台3 5 0 0 m 2 的自 然通风逆流式冷却塔上试验， 回水水温在摄氏2 3 0c 左右， 塔边进风u 处水滴在空气温度约摄氏 一 1 7 发现结冰。 f it 水塔结冰是 一 个增长过程，一 旦结冰将会越结越大，最后可能堵 夕 匕 进风口。 解决方法:设法使水滴在流动轨迹下不具备结冰条件。 5 . 2结冰部位及其原因 5 . 2 . 1 塔的进风口处 华北电力人学l ：程硕士学位论文 第1 9 页共4 9 负 第五章冷却塔防冻 在我国北方大部分地区，冬火的平均气温大约在一1 0 。c 以下，冷却 塔在冬季运行时，凶气温过低而引起塔的某些部位结冰，影响正常运 行。 5 1 冷却塔结冰条件 水结成冰必须具备一些条件，即水温降到冰点以下，要求水的含 热量小，有充分的空气米冷却这些水。冰点又与水的流动有关，静止 的水冰点高，流动的水冰点低。 静止的水冰点为摄氏0 ( 绝对温度2 7 3 1 5 k ) ，摄氏0 。c 的水变成 摄氏0 。c 的冰需要放出结冰热容量，在摄氏0 的空气下一定的时间内 即町结冰。所以水塔在停止运行的情况下静止的积水在摄氏o 时目j 可 结冰；水塔在运行中一些静止的积水在摄氏0 。c 时也町结冰。 流动的水冰点与换热过程有关，水滴结冰在水塔的流动轨迹、流 动时间与空气温度有关，水滴在摄氏0 。c 以下的空气流动情况1 - ，具有 一定的流动时间与空气亲密接触而放出结冰热容量即可结冰。例如： 在一台3 5 0 0 m 2 的自然通风逆流式冷却塔上试验，回水水温在摄氏2 3 。c 左右，塔边进风口处水滴在空气温度约摄氏一1 7 。c 发现结冰。“” 水塔结冰是一个增长过程，一旦结冰将会越结越大，最后可能堵 死进风口。 解决方法：设法使水滴在流动轨迹下不具备结冰条件。 5 2 结冰部位及其原因 5 2 1 塔的进风口处 兰型旦生型叁兰兰! 墨望生兰兰燮 差! ! 里苎竺里 自然通风逆流式冷却塔，一般容易在塔的塔筒内壁下缘或者在挡 水檐下边缘结冰( 如图5 - 1 ) 。轻者形成一道薄冰帘，严莺者连人字梓 一起将进风 j 的大部分封堵。 塔的一些部位所以容易结冰是因为满足了这些结冰的条件。塔的 内壁下缘处经常淋不到 热水，只是从填料中溅出 的水沿塔筒内壁流到这 些部位，热水量不大；外 部的冷空气以比较高的 流速从进风口上缘进入 塔内，提供充分的低温空 气；水的流速小、冰点高。 图5 - 2 在机械通风冷却塔的进口上缘也同样容易结冰，尤其在百叶窗上， 溅到上边的水很容易结冰。 华北电力大学 程硕十学位论文 弟 2 1页 共 4 9 5 . 2 . 2 填料及支承梁柱上 当机组负荷减小，循环水温或水量降低及气温突降时，未及时采 取相应措施， 就有可能在填料 下 端部位及支承梁柱上结冰 ( 如图5 - 2 ) a 结冰会将支承梁柱压坏或将填料拽落。 5 . 2 . 3 塔顶上 在自 然通风冷却塔的塔筒顶部刚性环内外，由于出塔湿热空气的 水蒸气凝结在其上面结成冰。有的结成大的冰块，加重塔顶负荷，甚 罕于会落下砸伤下边行人。 5 . 3结冰的 危害性 5 . 3 . 1 影响塔的冷却效果 塔的进风口结成冰帘后，进风面积减小，造成进风量减小，因而 影响塔的冷却效果。填料处结冰后，影响填料的效率，因而也影响了 塔的冷却效果。 5 . 3 . 2 增加了结构的荷重 结冰以后，增加了冰的荷重，如果设计中未考虑此荷重或考虑不 充分，就会造成结构物破坏。填料部分结冰后，会造成填料塌落，这 种先例也不少。 5 . 3 . 3 降低结构使用寿命 淋水装置、 人字柱和通风筒等部位的混凝土的多次遭受冻融循环， 会减少使用寿命，尤其在有裂缝的部位，更易造成混凝土的破坏。 5 . 3 . 4 造成管道及闸门等冻裂 管道内或闸门处结冰，体积膨胀，以致造成管道或闸门破坏性事 故。 华北电力大学 ! _ 程硕十学位论文 第 2 2页 共 4 9灭 5 . 3 . 5 造成其他设备结冰 从塔内飘出的水滴或水蒸气凝结成的水滴，落在其他建筑物或设 备上，冬季会造成冰冻危害;降落在发电厂升压站电 器设备上并结冰， 易引起闪烁，并造成停电事故。 5 . 4冬季运行的防冻措施 5 . 4 . 1 加大塔的外围淋水密度 在容易结冰的塔外围，加大淋水密度，可以防止塔内部结冰。建 议 采用的 值为， 华 北 地区 用q = 5 - 6 m / ( m h ) ; 东 北 地区 用q = 7 - 8 m / ( m h ) . 横流冷却 塔中 用q 1 2 m / ( m h ) 0 “ 5 . 4 . 2 设挡水檐及挡水板 双曲线形自 然通风冷却塔，在淋水装置 部分 小下大，因此在塔的进风口上檐的塔 筒内侧，有一个水淋不到的三角区。但是溅 散的水可以顺塔内壁流下，造成进风口上部 及人字柱结冰。为防止这种情况发生，在塔 筒下檐内侧设置用钢筋混凝土或金属制作的 v i 水檐，如右图所示。 挡水檐图 檐长 0 . 3 - 0 . 4 m ，与筒壁夹角 6 0 。- 9 0 0，使沿塔壁流下的水挑入 池内，防止进风口处结冰。 5 . 4 . 3 加设防冻管 在进风口 上檐的塔筒内壁， 加设一圈防冻管直接从进水管上引水 防冻水量约为部循环水量的2 0 % - 4 0 % 。 防冻管上开孔， 向下喷水， 形成 一道热水幕，防止塔在进风口处结冰。由于大量热水不经填料冷却， 华北电力人学i 样硕七学位论文 第2 2 页共4 9 页 5 。3 5 造成其他设备结冰 从塔内飘出的水滴或水蒸气凝结成的水滴，落在其他建筑物或设 备上，冬季会造成冰冻危害；降落在发电厂升压站电器设备上并结冰， 易引起闪烁，并造成停电事故。 5 4 冬季运行的防冻措施 5 4 1 加大塔的外围淋水密度 在容易结冰的塔外围，加大淋水密度，可以防止塔内部结冰。建 议采用的值为，华北地区用q = 5 6 m 。( m 2 h ) ；东北地区用q = 7 - n m ( m 2 h ) 。横流冷却塔中用q 1 2 m 3 ( m 2 h ) 。n 日 5 4 2 设挡水檐及挡水板 双曲线形自然通风冷却塔，在淋水装置 部分e 小下大，因此在塔的进风口上檐的塔 筒内侧，有一个水淋不到的三角区。但是溅 散的水可以顺塔内壁流下，造成进风口上部 及人字柱结冰。为防止这种情况发生，在塔 筒下檐内侧设置用钢筋混凝土或金属制作的 挡水檐，如右图所示。 挡水檐图 檐长0 ，3 - 0 4 m ，与筒壁夹角6 0 。一9 0 。，使沿塔壁流下的水挑入 池内，防止进风口处结冰。 5 4 3 加设防冻管 在进风口上檐的塔筒内壁，加设一圈防冻管直接从进水管上引水， 防冻水量约为部循环水量的2 0 4 0 。防冻管上开孔，向下喷水，形成 一道热水幕，防止塔在进风口处结冰。由于大量热水不经填料冷却， 华北电力人学j 程硕士学位论文 因而提高了集水池的温度，防止水池结冰。池水温度在冬季控制在1 2 。c 以上为好。”j 5 4 4 设旁路水管 在塔的进水管上接旁路水管通到集水池，旁通水量占冬季运行循 环水量的大部或全部。旁路管的作用为在机组启动或停机时，将循环 水不送上塔而由旁路水管直接放入集水池。因为在机组启动时先开循 环水泵，这时无热负荷或热负荷很小，循环水为冷水，如将水通过填 料极易结冰。同样，在机组停运时，先停汽轮机后停循环水泵，也发 生上述同样的问题，需要通过旁路将水直接放入集水池。在正常运行 时，也可通过旁路部分水量调节池水温度，防止水池或排水渠结冰。 集水池中的水现在有三个来源：从填料淋下的冷却水；从防冻管 喷出的水；从旁路管来的水。在不同的气象条件下，可求出三种水的 温度，制定合理的运行方案。 5 4 5 进风口加挡风板 自然通风逆流式冷却塔为防止塔内结冰，可在塔的进风口加设挡 风板，将进风口部分或大部分面积封闭，留部分面积进风，使塔的 进气量减少，提高出填料及集水池内的水温，防止塔结冰。在我国北 方地区这是一项行之有效的措施( 如图5 3 ) 。 挡风板可用木材、钢筋或玻璃钢等材料制成，为便于吊挂，可分 为上f 两层或多层。上层板的顶部应高出进风口上檐i 0 0 2 0 0 r a m ，防止 从进风口上檐迸冷风。在下层板上可开一个可开启、关闭的窗口，用 以调节风量。 华北电力人学工程硕十学位论文第2 4 页共4 9 页 在法国曾使用人工造冰幕的办法，封住部分进风口，防止塔内部 结冰。办法是沿塔进风口装一道金属网，在网的上部设一根供结冰用 的冷水管，需要防冻时向网上喷冷水，使网上结成一层冰幕，如同挡 风板。在网的中部另设一根化冰用的热水管。这种办法的缺点是不能 适应气温骤然下降的情况。 华j 匕 电力大学 _ 程硕士学位论文第 2 5页 共 4 9 i 第六章 自然通风逆流式冷却塔防冻 自