冷卻塔的節(jié)能潛力分析

1、冷卻塔的節(jié)能潛力分析【摘要】 研究冷卻塔而立性能與機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，論述了自然通風(fēng)冷卻塔填料特性，散熱面積和循環(huán)水量對出塔水溫的影響，分析導(dǎo)致冷卻塔熱力性能缺陷的主要原因，揭示冷卻塔出口水溫對各類機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響值。為火力電廠的節(jié)能降耗提供有價(jià)值的研究方向。【關(guān)鍵詞】冷卻塔 熱力性能 節(jié)能診斷隨著經(jīng)濟(jì)意識(shí)的增強(qiáng)，節(jié)能降耗已經(jīng)越來越引起人們的高度重視。發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)及設(shè)備的節(jié)能給電廠運(yùn)行和經(jīng)營帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。目前，節(jié)能降耗主要集中于三大主要設(shè)備和復(fù)雜系統(tǒng)，經(jīng)過理論研究和廣泛應(yīng)用，已經(jīng)取得很大經(jīng)濟(jì)效益。但是長期以來我們對循環(huán)水系統(tǒng)中冷卻塔缺乏足夠的重視。一方面，認(rèn)為凝結(jié)器循環(huán)水入口溫度為環(huán)

2、境因素的單值函數(shù)；另一方面，他的維護(hù)比較繁重復(fù)雜，由于缺乏對冷卻塔節(jié)能潛力的認(rèn)識(shí)，甚至許多電廠忽略冷卻塔維護(hù)和監(jiān)督，導(dǎo)致塔的冷卻能力降低。本文針對自然通風(fēng)冷卻塔的節(jié)能潛力和熱力性能影響因素進(jìn)行分析討論，以其對發(fā)電廠優(yōu)化運(yùn)行和檢修維護(hù)提供有價(jià)值的參考。表1美國因冷卻塔使用問題造成的電能損失問題 總損失（GFW.h/s）熱效率低于設(shè)計(jì)值 0.30填料損壞 0.15結(jié)冰 0.05其他 0.88總計(jì) 1.381 冷水塔節(jié)能潛力分析1.1 循環(huán)水1ºC溫差并存在的節(jié)能潛力冷卻塔的工作過程是循環(huán)水從凝結(jié)器中吸收排氣熱量，以溫度t1送入冷水塔經(jīng)由壓力管道分流至配水槽，熱水通過噴濺裝置散成細(xì)小均勻的

3、水珠灑落到淋水填料上，沿填料層高度和深度與冷空氣以蒸發(fā)，傳導(dǎo)和對流等方式完成熱交換。空氣吸收熱量和水分，其溫度和濕度逐漸增加接近飽和狀態(tài)由塔頂逸出，冷卻后的循環(huán)水以溫度t2返回凝結(jié)器。由此可見，冷卻塔的出塔水溫直接影響汽輪機(jī)的排氣壓力和循環(huán)熱效率。運(yùn)行的電廠中，冷水塔經(jīng)常在偏離設(shè)計(jì)條件的環(huán)境下工作，出塔水溫高于設(shè)計(jì)值導(dǎo)致真空下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。表2給出6種型號(hào)機(jī)組因?yàn)樗睦鋮s能力降低造成出塔水溫升高1ºC對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能影響。 表2 出塔水溫升高1ºC的經(jīng)濟(jì)性變化機(jī)組容量（MW） 25 50 125 200 300 350機(jī)組負(fù)荷（MW） 25 50 125 200 300

4、 350效率降低（%） 0.454 0.381 0.31 0.328 0.23 0.242 煤耗率增加（g/KW.h） 1.94 1.52 1.033 1.107 0.798 0.738熱耗率增加（KJ/KW.h） 56.86 44.84 30.28 32.44 23.39 21.63煤耗量增加（t/a） 340 536 904 1550 1676 1808 由此可見，運(yùn)行電廠凝結(jié)器循環(huán)水進(jìn)口溫度升高1ºC伴隨的節(jié)能潛力。目前大多數(shù)冷水塔缺少性能檢測，因熱負(fù)荷增加或檢修維護(hù)不當(dāng)致使冷卻塔出力不足，出口溫度偏高是普遍現(xiàn)象。例如某200MW機(jī)組循環(huán)水淤泥渾濁，淋水填料嚴(yán)重結(jié)垢，出塔水溫比

5、相同條件下設(shè)計(jì)溫度升高4ºC，這臺(tái)機(jī)組每年因此而損失的標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)6123t，僅此一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)損失就有124萬元（煤價(jià)按200元/t）。1.2 淋水填料對出塔水溫的影響循環(huán)水散熱過程與塔內(nèi)空氣分布，水分布和淋水填料的性能密切相關(guān)，淋水填料性能的優(yōu)略直接影響冷卻塔的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。淋水填料因其熱力性能和阻力特性的差異，帶來了不同的冷卻能力。如表3所示，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，結(jié)構(gòu)不同的淋水填料對出塔水溫影響值。表3淋水填料對出塔水溫的影響序號(hào) 材料 型號(hào)及規(guī)格（mm） 出塔水溫t2（ºC） 1 塑料斜折波 XZB-33-60L=1600 32.19 塑料斜折波 XZB-33-60L=960

6、32.812 塑料斜梯波 S=30，L=1500 32.81 塑料斜梯波 S=30，L=1000 33.563 塑料斜梯波 S=21，L=1500 32.43 塑料斜梯波 S=21，L=1000 33.154 塑料折波 S=30，L=1500 33.23 塑料折波 S=30，L=1000 33.655 塑料梯形波 T25-60，L=1500 32.18 塑料梯形波 S25-60，L=1000 33.296 塑料折波 50x20-60,L=1500 32.89 塑料折波 50x20-60,L=1000 33.667 塑料復(fù)合波 L=1500 32.09 塑料復(fù)合波 L=1000 33.328 塑

7、料折斜波混合 L=(1000+400) 33.089 塑料折梯波混合 L=(1000+200) 33.0910 水?dāng)嘟^格網(wǎng)板 G16x50-50，L=1500 33.29注冷卻塔入口溫度31.4 ºC表3所列數(shù)值揭示填料的如下特性：（1）幾何形狀相同的填料在厚度和間距不同時(shí)，水溫相差0.420.70 ºC；（2）填料形狀對水溫的影響達(dá)1.14 ºC；（3）塑料填料換熱性能優(yōu)于水泥格網(wǎng)板。因此選擇性能優(yōu)良的淋水填料能降低出塔水溫且有較小的通風(fēng)阻力。據(jù)文獻(xiàn)3介紹，無論順流還是逆流的冷卻塔該換高性能的薄膜填料能導(dǎo)致冷卻水降低58 ºC，對于現(xiàn)存的冷卻塔等于提高

8、50%的冷卻能力或者增加的更多。重視淋水填料運(yùn)行維護(hù)，減少冷卻塔結(jié)冰和填料損壞，是提高冷卻塔熱力性能的重要手段。1.3 淋水密度潛在的節(jié)能效益淋水密度是指單位面積淋水填料所通過的冷卻水量，它也是影響冷卻塔出力的主要因素之一。由于運(yùn)行方式不當(dāng)，維護(hù)不及時(shí)造成噴嘴堵塞、填料破損及生長藻類，致使換熱面積減少、淋水密度增加。附圖為淋水面積相對減少1%25%的出塔水溫變化情況。影響冷卻塔性能的另一個(gè)重要參數(shù)是循環(huán)水流量。增加循環(huán)水量有益于凝汽器側(cè)熱交換，但是對冷卻塔存在最佳循環(huán)水量。當(dāng)出塔空氣的相對濕度未達(dá)到飽和，增加循環(huán)水量，可使出塔空氣逐漸趨于飽和。若繼續(xù)增加循環(huán)水量，出塔水溫反爾很快升高，因?yàn)榭諝?/p>

9、吸收熱量已達(dá)飽和，過量熱水放出的熱量已無法被空氣再吸收。此外多消耗的泵功對汽輪機(jī)效率提高甚微。實(shí)際上是已循環(huán)水泵耗功補(bǔ)償冷卻塔出口水溫升。1.6t21.41.21.00.80.60.40.20 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Fm(%) 附圖 淋水面積對出塔水溫的影響綜上所述，冷卻塔存在著巨大的節(jié)能潛力，運(yùn)行電廠應(yīng)把冷卻塔性能問題作為主要的節(jié)能方式加以研究。根據(jù)各廠的具體情況，制定出提高冷卻塔出力切實(shí)可行措施，以保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2 冷卻塔性能降低的主要原因 冷卻塔的熱力性能與塔的設(shè)計(jì)出力是否合理，裝置的制造安裝，運(yùn)行維護(hù)和檢修質(zhì)量等多種因素有關(guān)，必須根據(jù)每個(gè)塔的具體情況

10、進(jìn)行具體分析。冷卻塔性能降低常見的原因有：（1） 淋水填料破損脫落生長藻類，填料上堆積垃圾或結(jié)垢，使得換熱面積減小，淋水密度增大，造成出塔水溫升高。（2） 配水槽阻塞高程不一，水槽溢流，噴嘴堵塞脫落，濺水跌不對中等引起配水不均。配水系統(tǒng)的作用是將熱水均勻地濺散到整個(gè)淋水填料上，延長汽水換熱的接觸時(shí)間和接觸面積。配水不均降低塔的冷卻效果。（3） 通風(fēng)筒梁柱附近填料安裝空隙過大，通風(fēng)筒有孔洞密封差或不等高，導(dǎo)致抽力不足。此外填料或捕水器上積聚水垢油脂和藻類以及流進(jìn)填料的水負(fù)荷過大也會(huì)造成空氣流量的減少，汽水熱交換強(qiáng)度減弱，冷卻塔的性能下降。（4） 循環(huán)水排污加藥處理不正常使循環(huán)水濃縮倍率偏高，使含

11、有碳酸氫鈣、碳酸氫鎂、硫酸鈣的沉淀物凝聚在換熱設(shè)備的內(nèi)表面，有時(shí)沉積在淋水板上。這些污垢阻塞換熱熱設(shè)備的管道，降低塔的冷卻效率。（5） 位于寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)工作的冷卻塔冬季運(yùn)行方式不當(dāng)，致使進(jìn)風(fēng)口和淋水填料結(jié)冰，直接影響塔的熱力性能。冬季冷卻塔的頻繁啟停嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行效率，使用壽命，并增加維修費(fèi)用。由此可知，上述因素均影響冷卻塔的經(jīng)濟(jì)性，使機(jī)組效率降低，特別是夏季高溫缺雨季節(jié)，冷卻塔性能降低迫使機(jī)組降負(fù)荷以維持其安全運(yùn)行，從而限制機(jī)組出力，降低設(shè)備利用率。在冷卻塔的運(yùn)行中，最重要的是監(jiān)視冷卻塔熱力性能是否正常，若能調(diào)整到最佳工況，無疑是有益機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了維持冷卻塔在最佳狀態(tài)下工作，一方面應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督維護(hù)，對引起性能下降的諸多要素逐條加以分析考核，選擇在最低的維護(hù)費(fèi)用下冷卻塔運(yùn)行的高性能；另一方面，因?yàn)樵O(shè)備長期運(yùn)行造成性能下降或因熱負(fù)荷增加而使冷卻塔出力不足，就應(yīng)考慮技術(shù)改造已提高其熱性能。冷卻塔經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與汽輪機(jī)的高效率循環(huán)水泵耗功，保持冷卻設(shè)備健康狀況的維修費(fèi)用，補(bǔ)充水量和水質(zhì)處理費(fèi)用密切相關(guān)，實(shí)際上所有冷卻塔多能被改進(jìn)以提高效率，他對投資可以迅速地提供高效率的回報(bào)。3 結(jié)論冷卻塔是火電廠熱力循環(huán)中的重要輔助設(shè)備，它蘊(yùn)藏著可觀的節(jié)能潛力，冷水塔的熱力性能直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟(jì)效率。性能優(yōu)良的冷水塔可使機(jī)組在最小的能耗下輸出最大的功率，它是保證汽輪機(jī)具有較高的