冷却塔冬季运行中冻害的原因分析及其防治.doc

冷却塔冬季运行中冻害的原因分析及其防治Vo1.27,No.2HeilongjiangElectricPowerApr.2005冷却塔冬季运行中冻害的原因分析及其防治徐平(东北电力设计院,吉林长春130021)摘要:对冷却塔在冬季运行时结冰的部位,形成的原因,产生的危害等进行了分析,从冷却塔设计,施工和运行管理方面提出了切实可行的防治方法,解决了冷却塔冬季结冰问题,延长了冷却塔的使用寿命,保证了冷却塔冬季安全,经济运行.关键词:冷却塔;冬季;冻害分析;防治中图分类号:TK223.5文献标识码:C文章编号:10021663(2005)02010404ReasonanalysisanditsprecautionofcoolingtowericedduringoperationinwinterxuPing(NortheastElectricPowerDesignInstitute.Changehun130021,China)Abstract:Thelocation,reasonanddamagefreezedofcoolingtowerduringoperationinwinterwasanalyzed,someprecautionarymeasuresavailableinitsdesign,constructionandoperationmanagementwerealsopresented,whichmaysolvetheproblemicedduringcoolingtoweroperatinginwinterandprolongitsrvicelife,hence,maybetheguaranteeofitssafeandeconomicoperationinwinter.Keywords:coolingtower;winter;iceanalysis;precaution目前,位于我国气候寒冷地区火力发电厂的冷却塔,由于冬季时间(每年的11月至次年的3月)较长,最低气温可达到一3O一一4o,因此保证冷却塔的高效,安全,经济运行,是非常重要的.冷却塔在冬季运行中易受到冰冻危害的侵袭,冷却塔结冰会影响冷却塔内的通风,降低冷却塔效率,使循环水温逐渐升高,从而降低凝汽器的真空.此外,冷却塔结冰使淋水装置荷载增加,造成部分淋水架构损坏,使淋水装置塌落,影响整个电厂的安全经济运行.我国东北地区冬季气候寒冷,冷却塔冬季运行中普遍存在防冻问题.通过对黑龙江省火力发电厂的lO多座冷却塔进行实地调查,对冷却塔容易发生结冰的部位,结冰原因及产生的危害等进行分析,采用了多种防止冷却塔结冰且防冻效果较好的措施,基本上防止了冷却塔大面积结冰和危害性结冰的发生.1冷却塔冻害容易发生的部位,原因及危害1.1进风口处结冰冷却塔进风口处结冰,一般是在塔筒内壁下缘,或塔内的挡水檐边缘挂冰,会形成很薄的冰帘,严重的连同塔筒人字支柱一起冰结成为冰墙,如图l所示.冷却塔进风口处结冰的主要原因是冷却塔淋水填料外围淋水密度过小,经筒壁流下的水在进风口上缘处流动过缓,此时如遇到较冷的冷空气,就容易在进风口处结冰.冷却塔进风口处结冰对塔筒下缘,人字支柱的混凝土具有一定的破坏作用,局部会出现混凝收稿日期:20041025.作者简介:徐平(1959一),男,1984年毕业于电力部电力勘测设计职工大学电厂水工建筑专业.一l04第27卷第2期黑龙江电力2005年4月图1栗电厂冷却塔进风口处结冰情况土表皮脱落现象(大庆油田热电厂1号,2号冷却塔均发生过).由于冷却塔进风口大量结冰,将影响冷却塔正常进风,降低冷却塔应有的冷却效率,使循环水温逐渐升高,从而降低凝汽器的真空.1.2淋水架构结冰淋水架构结冰是冷却塔冬季运行中较常见的现象.其主要原因有以下几种:a.当冬季机组的热负荷较小时,进入冷却塔的循环水量减少,此时若没有及时调整冷却塔的运行数量,就会使淋水填料外围淋水密度过小,使淋水架构结冰,如图2所示.圈2大庆乙烯自备电厂冷却塔淋水架构结冰情况b.没有根据热负荷及气象条件及时调节水槽配水,冷却塔外围区域淋水密度过小,进入塔内的冷空气过多;或者内围水槽关闭不严及喷嘴堵塞不严,造成漏水,都会使淋水架构和淋水填料结冰.c.如果冷却塔外围淋水架构离冷却塔进风口过近且数量偏多,当遇到冷空气侵袭时,部分水就会附着在柱子上结冰,结冰面积会越积越大.d.当冷却塔冬季突然停运时,使上塔的水温逐渐降低,水量越来越少,从而造成塔内结冰.1993年1月,长春热电二厂2号塔由于机组事故,冷却塔突然停运,致使冷却塔内从淋水填料至集水池全部结冰,塔内的淋水填料片间都结满了冰.淋水架构结冰会影响其结构寿命,造成梁,柱混凝土表皮脱落,露筋,造成淋水架构梁,柱,水槽及填料塌落,严重影响冷却塔的运行出力.如鸡西发电厂的3号冷却塔曾发生因塔内结冰严重造成淋水架构塌落的情况.1.3塔顶结冰风筒式自然通风冷却塔的塔顶刚性环内外缘,由于处在冷却塔出IEI处,水汽团在此处积聚成冰,逐渐形成冰锥,有的冰锥可达2m多长.塔顶结成的冰锥因为受到气温,风向等因素的影响,随时都有松动,坠落的可能,对运行人员的安全构成一定的威胁.哈尔滨发电厂和鸡西发电厂均发生过因塔顶冰锥落下造成人员伤害的事件.此外,由于在塔顶刚性环处,塔内排出的湿热水蒸汽与塔外的冷空气在此处交汇,受风向的影响,塔顶刚性环受冷空气和塔内湿热水蒸汽的交替影响,将刚性环表面结成的冰又融化了.这种一冻一融周而复始的冻融循环,对刚性环混凝土和塔内结构造成极大的伤害.大庆油田热电厂3座3500m冷却塔的塔顶受上述冻融的侵袭,均不同程序地出现了表层混凝土剥落,3号塔甚至出现了裸露的钢筋骨架,如图3所示.圈33号塔顶刚性受破坏情况2冷却塔冬季运行冻害的防治措施冷却塔是发电厂重要的循环水冷却设备,冬季运行中预防冻害的发生是安全运行的关键.冷?105?Vo1.27,No.2HeilongiiangElectricPowerApr.2005却塔的结冰必须要具备3个条件.a.少量的温度较低水;b.冰附着的物体,即附着物;c.温度较低的冷空气.因此,冷却塔冰害的防治应从消除结冰必备的3个条件人手,以防为主,以治为辅,做到防治结合.要想解决冷却塔冬季结冰的问题,主要应做好预防,即消除和破坏冷却塔形成结冰的条件.通过调查发现,有些电厂预防工作做的不够,冷却塔结冰后不得不采用人工打冰.当结冰面积较小时,可以采用这种人工打冰方法防止结冰面积的继续扩大;当结冰面积很大时,仍采用这种人工打冰方法显然是极不合适的,因为人工打冰不但容易损坏淋水装置,将淋水填料打坏甚至塌落,而且对打冰人员的人身安全构成威胁.因此,为了使冷却塔在冬季安全运行,保证机组运行的经济性,减少冷却塔的检修维护工作量,消除和破坏冷却塔形成结冰的条件,应在冷却塔设计,施工,运行等方面采取以下防治措施.2.1设计方面2.1.1冷却塔采用内围和外围分区配水冷却塔内围和外围分区配水就是将冷却塔的配水系统设计成为内,外两个配水区域,使水能够根据运行的需要进行内,外调配.当进人冬季时,将塔中部或内围的水输送到外围部分,一般关闭总淋水面积1/3的中部区域,其余2/3的外围区域负担全部的热负荷,或外围区域的配水承担约2/3的上塔水量,剩下的1/3上塔水量送至防冻水管.由于外围区域的淋水量增大了,水温提高了,这样就消除了结冰的条件,使淋水装置无法结冰.2.1.2设置防冻喷水管在塔的进风口上缘内侧设置一圈向塔内喷射热水的防冻喷水管,喷射水量一般为冬季上塔水量的1/3左右.防冻喷水管喷出的水可以在塔的进风口处形成一道热水幕,使进塔的冷空气经过这道热水幕得到加热,提高了进塔空气的温度,避免了塔内淋水架构结冰.同时,还可以将进风口上缘的结冰受热水冲击后融化,使进风口处不能结冰.因此,在10多座冷却塔中采用这种防冻喷水管,并经过1O多年的运行实践,表明防冻喷水管具有良好的融冰和防冻作用.2.1.3设置旁路进水管在冷却塔的进水管上设置旁路进水管,机组在冬季启动或停止过程中,热负荷和冷却水量均较小,此时可开启旁路水管,使热水直接流人集水池,从而避免因冷态循环使淋水装置结冰及遭受冻融.此外,对于冬季停运的冷却塔,也可以开启一106一旁路水管,使热水直接流人集水池,从而避免集水池内结冰冻坏.目前,已在长春热电厂,山东埕岛电厂和哈尔滨第三发电厂等1O多座冷却塔进水管上设置旁路进水管,运行效果良好.2.1.4悬挂挡风板在冷却塔的进风口处设置挡风板,冬季可根据气温,风向的变化情况调整挡风板的悬挂面积和方向,控制进塔空气量,以防止塔内结冰.2.1.5加装联络调节管及阀门对于冷却塔数量2座以上的发电厂,在各冷却塔的进水管上设置可以互相调节,切换的联络调节管及阀门.在冬季运行时,可根据热负荷的大小,选择运行塔的数量,并通过联络管将循环水集中送到运行的塔内,以增大运行塔的淋水密度,避免因冬季冷却水量过小而使冷却塔结冰.同时,在各塔的集水池间应设置相互连接的连通水沟.当冬季运行中需停运部分塔时,停运塔的集水池内应保持有热水循环.此时,可开启连通水沟的闸板,使各塔间的集水池内有热水相互流动,以防止集水池结冰冻坏.2.1.6设置挡(挑)水檐在冷却塔的进风口上沿,设置钢筋混凝土挡(挑)水檐,挡(挑)水檐可以将沿简壁流下的水挑向塔内,防止流下的水在进风口上缘及人字柱上结冰.2.1.7设置隔风板(墙)若冷却塔位于风速较大的地区,可在冷却塔淋水填料下部至水池水面间设置一道隔风板(墙),用以阻挡因风速过大而在冷却塔淋水雨区内产生强冷风.这种强冷风不但降低冷却塔的冷却效率,而且容易使部分水吹到人字柱上及附近区域,造成人字柱及附近区域结冰.加设隔风板(墙)后可消除这种强冷风,并将其导流,提高冷却塔的冷却效率;避免人字柱上淋到水后而结冰,防止冷却塔周围地面结冰,从而加大运行人员冬季在冷却塔周围巡视的安全性.2.2施工方面冷却塔的施工质量好坏是非常重要的,它直接影响塔的使用寿命,冷却效率,塔的运行安全和冬季结冰的程度,施工中应注意以下几个方面.2.2.1控制好工程质量冷却塔各部分混凝土必须满足设计要求的强度,抗冻和抗渗标号,工程质量必须达到施工验收规范标准,并控制好混凝土砂水配比及混凝土振捣.混凝土振捣的强度和时间对浇筑出混凝土的构件质量会产生影响,将直接影响人字柱的使用第27卷第2期黑龙江电力2005年4月寿命.如山东某电厂一座冷却塔的人字柱由于浇筑时混凝土振捣的不够,造成人字柱上出现小洞.2.2.2做好塔筒防水涂料的涂刷冷却塔在运行过程中塔筒内壁经常受到湿热水蒸汽流的冲刷,对筒壁的混凝土有一定的浸蚀作用.如果塔筒防水涂料涂刷质量不佳,当冬季气温较低,塔内外温差变化较大时,塔筒内壁混凝土内没有蒸发掉的水分,就会在筒壁混凝土内形成结冰冻胀一十融化-+再结冰-+再冻胀-+再融化的恶性循环.塔筒内壁长期在这种冻融循环的作用下将会出现表皮疏松,脱落,破损面会越来越大,这将影响冷却塔的使用寿命和安全运行.因此,做好塔筒内壁的防水,防腐处理,在其表面涂刷好防水防腐涂料,抵御水蒸汽对冷却塔内混凝土构件浸入,使水不能浸入混凝土内部,是非常重要的.2.2.3淋水填料应布满整个安装区域在安装淋水填料时,块与块之间要摆放紧密,特别是填料与筒壁,竖井,柱等联接处必须填满,淋水填料应充满整个安装区域,不能有空隙.因为这种空隙对冷却塔的危害极大,不但在夏季使进塔风在填料部分形成”短路”,严重影响冷却塔的冷却效率,而且在冬季容易使淋水装置结冰.2.2.4塞严筒壁施工缝和模板螺栓孔应处理好筒壁上的施工缝和模板对拉螺栓孔,特别是将螺栓孔填塞严密,否则运行后易造成筒壁夏季渗水,冬季结冰,严重影响筒壁的使用寿命.2.3运行管理方面冷却塔运行维护得当,可以延长冷却塔的使用寿命,降低塔的大修周期和费用.冷却塔运行应有专人管理和健全的各项规章制度,应遵守原水电部制定的关于火力发电厂冷却塔运行和维护规程.当气温低于一10时,冷却塔进入冬季运行期,应做好以下措施:a.为了防止冷却塔内水温过低而结冰,塔的出水温度不宜低于1O12.b.进入冬季前,应做好防冻准备,对冷却塔配水系统,填料,管道及阀门等进行全面检查,维修,使其进入最佳运行状态.c.应根据冬季气温,冷却塔的热负荷及水量的变化,适当地调整和利用各种防冻措施.d.当冷却塔出现结冰,特别是塔内淋水填料和淋水架构结冰时,应利用塔内的热水使其缓慢融化,避免用打冰的办法强行除冰.3结束语综上所述,保证冷却塔的冬季运行是火力发电厂安全,经济运行重要组成部分.要从冷却塔设计,施工,运行等方面共同采取措施,并针对冷却塔易结冰的部位,消除和破坏结冰的条件,冷却塔的冻害是可以预防和治理的.大庆油田热电厂根据设计运行要求,设有专人监护,及时悬挂挡风板,加大外围淋水密度等,在当地气温最低一38时,冷却水温经常为15cI二,冷却塔基本上没结冰.因此,充分发挥好冷却塔每一项防冻设施应起的作用,并使其达到最佳的运行状态,是保证冷却塔冬季安全,经济运行的关键.参考文献:1徐平.大庆油田热电厂冷却塔冻害分析及其防治J.吉林电力,2003,(3).【编辑侯世春)(上接第99页),/一0,一(o.5+n+n).尺l+n(1+A1)+n(1+Al+A2)式中,A为单位长度电缆金属护套损耗与线芯损耗之比;A:为单位长度电缆铠装损耗与线芯损耗之比;为单位长度电缆的介质损耗;