关于冷却塔性能的分析

关于冷却塔性能的分析

刘帅

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司

摘要：冷却塔是汽轮发电机组重要的冷端设备之一，其冷却性能对电站的经济和安全运行有重要的影响。以双曲线型自然通风冷却塔为研究对象，根据实际运行参数，通过对冷却塔热力性能的计算，得到了冷却水出塔水温及其主要影响因素———填料层淋水密度不均对出塔水温的影响。

关键词：冷却塔；热力性能；分析；

引言

冷却塔是发电厂冷端系统中的主要设备之一，它主要维持汽轮机出口背压，并使热力系统实现朗肯循环，故其运行好坏直接影响机组和电厂热经济性。近几年来，由于用电负荷急剧增加，火电厂的机组容量也随之增加，作为冷端设备的冷却塔也向大型化发展。例如在火电厂中，单塔处理的冷却水量已达40000t/h～60000t/h，因此冷却塔性能的好坏对发电厂能否安全经济运行，起着至关重要的作用。随着“厂网分开、竞价上网”的电力体制改革，它的重要性已被人们所重视。

以双曲线型自然通风冷却塔为研究对象，它们的淋水填料面积分别为3000m2和5600m2。冷却塔结构与运行参数如表1和表2所示。前者所用淋水填料为TJ-10PVC，后者所用为横凸纹方孔陶瓷。

1冷却塔热力性能

1.1热力性能计算

冷却循环水温度的高、低直接影响机组运行的热经济性和出力。在凝汽器冷面积、污染程度、循环水量、蒸汽参数一定的前提下，冷却循环水入口温度越高，则机组热经济性越差。因此，研究冷却塔的热力性能，主要是解决如何降低冷却循环水出塔水温及其影响的主要因素。根据原始数据可以计算出风速与空气抽力和塔内通风阻力的关系，得到冷却数Ω与冷却后水温的关系曲线，即Ω=（）曲线。由淋水填料特性得出冷却塔散热特性数Ω′，与图中曲线的对应点即为所求的出塔水温，如图1所示。

1.2淋水填料的影响

冷却塔中热交换的主要部位是淋水填料区，它对喷溅下落的水柱形成阻拦，在填料面积形成很大的水膜及水滴，充分与周围的冷空气接触，从而使循环水得到冷却。对于已经建成的冷却塔，淋水填料完整时，取淋水填料面积为设计值Fm。当运行中由于某种原因导致淋水填料损坏时，填料的有效换热面积减少，淋水密度增大，换热性能下降。图2表示冷却塔淋水填料面积损坏的份额与出塔水温的关系。

由图2可见，填料损坏严重影响了冷却塔的换热性能，出塔水温与填料损坏的百分比成线性增长。因此，冷却塔在运行中由于某种原因而使淋水填料成块损坏时，要及时进行处理，否则将使冷却塔运行性能大幅度下降。

1.3冷却塔热力性能评价

冷却塔运行性能的好坏直接体现在冷却循环水出塔水温t2（即凝汽器循环水的入口水温），它直接影响到凝汽器真空度，进而影响机组的功率和热经济性。以冷却循环水出水温为评价指标，定期对冷却塔做出塔水温度性能评价，可以及时掌握冷却塔的运行状态，为冷却塔的检修和改造提供依据。根据各种运行条件下实测冷却塔出水温度，与计算温度相比，一般情况是实测冷却水温大于计算冷却水温，这主要是因为实验条件下的淋水填料性能参数高于实际运行中的淋水填料参数。可计算出其相对或绝对差值，作为运行中的指标，若经过一段时间的运行后，该差值增大，则说明冷却塔的运行状态恶化。

式中，η为冷却塔运行性能评价指标，%；t2′为冷却塔实测水温，℃；t2为冷却塔计算出塔水温，℃。

表3表明从实测和计算出塔水温以及计算所得的运行性能评价指标，可以进行冷却塔运行性能的评价。冷却塔运行一段时间后，通过实测冷却塔的出口水温，可以计算出相同工况条件下的出塔水温及运行性能评价指标。若该值增大，则说明冷却塔的运行性能下降。

2冷却塔性能降低的主要原因

冷却塔的热力性能与塔的设计出力是否合理以及塔的制造安装、运行维护和检修质量等多种因素有关，必须根据每个塔的具体情况进行分析。冷却塔性能降低常见的原因有：

2.1设备陈旧老化

部分冷却塔已接近或超过使用期限，设备陈旧老化，淋水填料破损脱落，藻类生长、垃圾堆积或结垢情况相当严重，有的填料孔眼几乎全被堵死，使得换热面积减小，淋水密度增大，冷却塔处干低效率运行状态，造成出塔水温升高。

2.2塔内水流和气流分布不均

配水系统的作用是将热水均匀地溅散到整个填料上，延长气水换热的接触时间和接触面积。配水不均会降低塔的冷却效果。冷却塔配水系统的好坏是影响冷却效果的重要因素之一，目前运行的冷却塔大多采用槽式配水，其中又分为中央竖井、方形四竖井；配水槽辐射状、环行、枝形及方格型等多种形式。由于一些塔的配水系统设计考虑不周，施工工艺差，使各处水槽标高偏差较大，部分主水槽和分水槽进口部位呈方角，配水槽阻塞程度不一，使各处产生较大的水位差，特别是一台循环水泵运行时个别水槽水位很浅甚至无水，造成了喷嘴喷溅不良。尤其是对于反射型喷溅装置在低水位时喷溅性能急剧下降，使冷却效果变差。同时由于喷嘴堵塞脱落，喷咀和溅水盘不对中等也是引起配水不均的一个重要原因。

根据对冷却塔的实测和试验表明，进入冷却塔的空气在淋水填料断面的上升流速分布，自塔外围中心逐渐降低，与此相应塔的设计淋水密度也应是外围大，中间部分小。根据经验，一般是把塔内淋水面积分为内、外

两部分，外围与中间部分的淋水密度之比采用（1.25一1.3）：1。如某电厂3500m2塔内喷头直径相同，外围喷头间距为0.7一0.8m，中间部分喷头间距1.0一1.2m，塔外围与中间部分的淋水密度比为1.5：l，外围淋水密度过高。另一4500m，冷却塔内喷头间距均为1.25m，外围和中间部分的喷嘴直径分别为Φ42mm和Φ40mm，两部分淋水密度比为1.1：l，外围淋水密度太小。由于淋水密度不当，导致淋水密度过大部分的空气量不足，汽水热交换强度减弱，冷却塔的性能下降，该部位的冷却水温升高。

2.3冷却塔的实际有效淋水面积不足

早期投产的冷却塔的淋水面积是指淋水填料中部标高处、塔壳体中心线所包围的横截面积（名义淋水面积），而1987年后自然通风冷却塔的淋水面积定义为淋水填料顶部的面积，2001年后新修订的国家标准规定，冷却塔的淋水面积应采用填料顶部可以淋到水和通过空气，水与空气可以进行热、质交换的塔内净截面面积。因此按照这一规定，冷却塔的设计淋水面积应当是淋水填料顶部标高处塔壳体内部包围的面积，减去塔内配水竖井和淋水装置支柱所占面积。如果塔内主水槽较宽，槽底标高接近淋水填料顶面，槽下填料基本淋不到水，或淋水

装置主梁较宽，主梁上面的淋水填料因主梁阻挡通不到风，在这种情况下还应再减去主水槽和主梁所占面积。由此可见早期的冷却水塔真正的淋水面积比原设计名义淋水面积小了很多。根据我们的计算，通常塔的有效淋水面积比原设计名义淋水面积低10%一12%，淋水面积的减少可导致冷却水温升高0.8一1.1℃。

2.4塔内冷空气短路

由于通风筒梁柱附近填料安装空隙过大，通风筒有孔洞、密封差或不等高，以及淋水填料上淋不到水的部位，使冷空气直接或穿过填料层，到达填料层顶部，与塔内其他部分的热空气混合，导致排出冷却塔的空气温度降低，进、出冷却塔的空气密度差减小，塔的抽力降低，进塔空气量减少，冷却水温升高。

2.5循环水排污加药处理不正常使循环水浓缩倍率偏高，使含有碳酸氢钙、碳酸氢镁、硫酸钙的沉淀物凝聚在换热设备的内表面，有时沉积在淋水板上。这些污垢阻塞换热设备的管道，降低塔的冷却效率。

2.6位于寒冷地区工作的冷却塔冬季运行方式不当，致使进风口和淋水填料结冰，直接影响塔的热力性能。冬季冷却塔的频繁起停严重影响设备的运行效率、使用寿命，并增加维修费用。

由此可知，上述因素均影响冷却塔的经济性，使机组效率降低，特别是夏季高温缺雨季节，冷却塔性能降低迫使机组减负荷以维持其安全运行，从而限制机组出力，降低设备利用率。

3结束语

通过上述分析可以看出，冷却塔是火电厂热力循环中的重要辅助设备，它蕴藏着巨大的节能潜力，冷却塔的热力性能直接关系到电厂的经济效益。性能优良的冷却塔可使机组在最小的能耗下输出最大的功率，它是保证汽轮机具有较高的热效率、安全运行及满负荷发电的前提条件。必须加强冷却塔的日常管理、性能监控和节能诊断，适时改造设备和调整参数，定期检查配水槽和配水喷头是否有淤泥及杂物堵塞，冬季适时开启防冻水管，防止填料结冰，冬季过后应及时关闭。冷却塔是节能降耗不容忽视的关键设备。

参考文献：

[1]冷却塔[M].中国水利水电出版社，赵振国著，1997

[2]冷却塔运行与试验[M].水利电力出版社，史佑吉主编，1990

[3]凝汽器运行参数对其性能的影响分析[J].于新颖.电站辅机.2002（01）