冷却塔效率低的原因分析及改造措施

1、收稿日期:2007-07-25作者简介:王玉宏(1969- , 男, 高级工程师, 主要从事电力生产技术管理与培训工作。自然通风逆流式冷却塔效率低的原因分析及改造措施Cause Analysis and Solutions on Low 2efficiencyof Natural Ventilating Counter Current Cooling Tower王玉宏1, 刘叶丽2, 孟岩3(1. 华北电力大学, 河北保定071003;2. 河北西柏坡发电有限责任公司, 石家庄050400;3. 河北省电力勘测设计研究院, 石家庄050021摘要:针对某电厂自然通风逆流式冷却塔效率持续下降的情

2、况, 查找其存在的问题, 并对问题进行详细分析, 进而制定改进措施, 实施后自然通风逆流式冷却塔的冷却效率得到显著提高。关键词:冷却塔; 效率低; 填料; 喷头; 改进Abstract :In view of efficiency falling of counter current cooling tower looked for and improve 2ments are set down. after improve 2ment has been advanced obviously.K eywords :cooling tower ; low 2efficiency ; fillin

3、g ; nozzle ; renovation中图分类号:TQ085. 4文献标志码:B文章编号:1001-9898(2007 05-0040-031概述某电厂1号机组于1993年投产, 主机为哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的N300-16. 7/537/537型、亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动凝汽式汽轮机组, 循环水系统配置2泵1塔。其中,圆筒双曲线型自然通风逆流式冷却塔(1号塔 的塔芯为2层交错布置的差位正弦波型PVC 塑料填料, 料层高1m , 下方由低合金铸铁托架支撑, 槽式配水, 采用反射型<32mm 的喷头,BO -160/45型玻璃钢除水器; 单竖井内外圈配水

4、, 放射状延伸分布的8条主水槽将热水分流至各分水槽和配水槽。循环水泵为长沙水泵有限公司生产的Y J48P -35IIA 斜流泵, 单台流量18000m 3/h , 冬季1台运行, 其它季节2台运行。凝汽器设计冷却水温20(最高33。截至2005年,1号塔累计运行约12年, 冷却效率逐年下降,2005年夏季1号塔出水温度曾高达38, 凝汽器背压升高至13kPa , 使1号机组多次被迫降负荷运行。2005年7月,1号塔热力性能试验结果表明, 其冷却效率仅为%, 远低于试验标(a. 水柱较多, 共78个, 中央竖井附近有1个特大水柱;b. 填料淋水不均匀, 部分区域水量小甚至无水, 水珠直径偏大;c

5、. 铸铁托架局部脱落, 使填料塌陷形成空洞; d. 塔基人字柱的内侧面带水, 夏季藻类滋生, 冬季结冰严重;e. 防风檐支架1/4倾斜或断裂, 挡风瓦大部分破损、掉落。2. 2内部a. 泥垢堵塞严重, 下层填料泥垢的平均厚度达4mm ;b. 塔内四周普遍漏风;c. 塔内汽流流速分布不均匀, 部分区域流速较低、温度较高, 部分区域流速较高、温度较低, 局部区域完全为高速冷汽流;d. 喷头溅水效果差, 部分溅水碟损毁、掉落; e. 部分除水器变形、损坏。2. 3水槽及蓄水池a. 塔内约10条配水槽存在溢水现象; b. 历次检修均发现水槽(主水槽、分水槽、配水槽 有淤泥堆积, 蓄水池底部4年可积淤泥

6、200300m 3。3问题分析3. 1水柱的形成喷头淋水均匀, 有利于循环水在填料内部形成04Vol. 26No. 5河北电力技术第26卷第5期Oct. 2007H EBEI EL ECTRIC POWER 2007年10 月大面积的流动蒸发水膜, 使其与逆流而上的冷风充分接触, 降低出塔水温。如果形成水柱, 热的循环水将直接冲过填料层流回蓄水池, 导致出塔水温升高。水柱的形成主要有以下几个方面的原因。3. 1. 1溅水碟脱落喷头材质为ABS 工程塑料, 溅水碟由4个“L ”型吊脚固定悬挂在喷头下方, 由于吊脚直径偏小, 设计强度不足, 运行中长期受水流冲击以及材质本身持续老化变脆, 造成吊脚

7、根部应力集中点首先发生断裂, 导致溅水碟脱落。1号塔内共安装喷头3724个, 每年平均损坏78个, 约占总量的2%, 并且喷头的更换工作只能在机组大、小修期间进行。3. 1. 2配水槽缺陷a. 当夏季水量大时, 由于配水槽固定不牢固发生倾斜、安装标高低于其他配水槽、原因, 可能造成配水槽溢水。b. 低、, 导致成品质量差, , 配水槽局部容易疏松、剥落, 甚至穿孔, 形成漏水。c. 配水槽与分水槽之间的预留接缝在设计上使用水泥砂浆封堵1, 因水泥砂浆质量差、固化不良、封堵工艺不当、热胀冷缩效应等原因, 使封堵部位松动剥落, 导致漏水。3. 2中央特大水柱的形成8条主水槽在穿越中央竖井外圈井壁(

8、厚300mm 时, 共有16条50mm ×1000mm 的垂直接缝,施工时使用水泥砂浆简单地由外向里填充封堵, 封堵层厚度100mm 。实践证明, 其强度太低, 长期承受循环水压力冲击, 使封堵层剥落, 形成特大水柱。夏季时1条接缝的漏水量折合为喷头个数的估算公式为:接缝面积(50mm ×1000mm /喷头面积(3. 14×16mm ×16mm 62。仅此一项约有1. 7%的循环水未经冷却直接流入蓄水池, 若再考虑特大水柱冲毁填料层形成的空洞(面积约46m 2 漏风2, 则其对1号冷却塔冷却效率的负面影响更大。3. 3泥垢聚集填料由成型薄片黏接而成,

9、依靠其巨大展开面积形成足够的换热水膜, 再结合其本身的低风阻特性, 确保冷却塔的良好冷却能力。填料结垢, 换热水膜面积减少, 同时风阻增大, 换热效率下降; 严重时泥垢脱落堵塞通道, 风阻急剧增加, 导致换热效率大幅度下降3。泥垢聚集并堵塞填料是冷却塔冷却效率下降的主要原因。3. 3. 1泥垢来源a. 空气携带大量灰尘进入塔内, 与湿气接触后沉淀于水中;b. 隔绝措施不完善, 锅炉侧灰水沿地沟流至机侧污水坑, 被排污泵送入循环水系统;c. 水塔补水为地表水, 所含泥沙、盐分不断沉淀, 黏附于填料表面;d. 铸铁托架长期浸水, 表面锈蚀生成的Fe 2O 3及其他冷却水系统中钢质管道、设备的腐蚀剥

10、落物;e. 大量微生物的滋生繁衍。3. 3. 2泥垢成分分析, 减少量约40%, ;950灼烧, 减少量约10%, ;c. 沉积物中的酸不溶物约占20%, 表明其含有部分细砂;d. 实验表明, 泥垢中Fe 2O 3的含量约占8%。3. 3. 3泥垢在填料内部聚集的原因a. 填料表面积大, 表面水膜流速低, 利于泥垢沉淀;b. 微生物(主要为藻类 的存在, 进一步促进填料表面粘泥的快速形成;c. 填料选用热力特性优良的差位正弦波型填料, 其容易在通道节径处(此处通流面积最小 发生泥垢堵塞现象。3. 4塔内中心区域和周边漏风1号塔为双曲线型, 具有“拔风”功能, 通过空气自下而上、水自上而下的流动

11、实现逆流换热, 不需要附加风动力设备, 维护量小。因此, 要求填料必须具有良好的低风阻特性, 塔内周边填料层在敷设时与挡风板形成的不规则三角形空隙必须妥善处理, 不得形成漏风。漏风原因:铸铁托架断裂掉落(如铸造缺陷、腐蚀、冰载荷过大、塔顶栏杆锈蚀掉落砸坏等 使填料塌陷, 形成较大面积的空洞漏风; 喷头损坏形成水柱, 下方填料长期受冲刷形成空洞, 水柱越大空洞越大; 挡风板掉落形成周边漏风点。3. 5喷头溅水效果差喷头的溅水碟和反射碟上分别安装34个和68个宽度约3mm 的挑水齿, 水经过挑水齿均匀洒向四周。泥垢堵塞挑水齿, 形成较多水幕, 溅水效果变差, 填料热负荷分布不均匀, 冷却效率显著下

12、降。14Vol. 26No. 5河北电力技术第26卷第5期Oct. 2007H EBEI EL ECTRIC POWER 2007年10 月4改进措施4. 1更换填料新填料选用“S ”波阻燃型改性PVC 填料, 热力特性接近于差位正弦波型, 片间距30mm , 风阻小, 不易阻塞。敷设填料严格按照DL/T 742-2001冷却塔塑料部件技术条件执行, 以确保填料上、下层交错布置, 不留缝隙。该项措施虽投资最大、耗时最多, 但却是提高冷却效率的主要措施。4. 2更换喷头及托架原喷头溅水碟吊脚强度弱、易断裂脱落、结垢后溅水效果差, 更换为吊脚加粗改进型喷头, 不仅溅水功能得到恢复, 而且溅水碟损坏

13、频繁大大降低, 彻底消除了水柱现象。将原铸铁托架全部更换为58I 型玻璃钢托架, 用不锈钢卡件固定, 7kPa 。4. 3, , 再用水泥砂浆抹缝。这种双重封堵措施效果更持久、可靠。4. 4修复除水器及防风檐更换损坏的除水器, 清理掉落在除水器上的青苔等杂物, 保持除水器汽道畅通。将石棉水泥中的波瓦全部更新, 块间搭接缝隙按照图纸要求进行勾缝, 确保不漏风、不漏水。4. 5加强运行维护管理将小修期间清理水槽、池底淤泥列入检修计划, 达到增加循环水量、减缓填料堵塞趋势的目的; 做好塔顶栏杆维护工作, 定期除锈、防腐4, 防止栏杆结冰坠落, 砸毁填料层; 加强水质监督, 及时投放药剂, 拟制藻类生

14、长; 冬季结冰期加强巡视检查, 及时打冰, 防止冰柱坠坏防风檐、托架及填料; 定期做水塔热力性能试验, 发现问题及时分析、解决。5改进效果2006年3月1号机组中修期间, 改进工作实施完成, 而且管理措施制度化。2006年8月对1号塔进行性能验收, 结果表明, 其冷却效率由85. 81%提高至97. 15%。2005年至2007年1号塔进出口水温6、7月运行记录(见表1 表明, 同期相比改进后水塔温降值平均增长1. 64, 而且夏季高温期间,1号机组能够满负荷发电。表11号塔进出口水温6、7月份运行记录年度参数6月8日6月9日7月8日7月9日总和平均2005进口水温40. 0841. 5038

15、. 9842. 50163. 0640. 77出口水温32. 4333. 3532. 4434. 03132. 2533. 06温降值7. 658. 156. 548. 4730. 817. 712006进口水温38. 9039. 5941. 3442. 00161. 8340. 46出口水温29. 8529. 6732. 7232. 23124. 4731. 12温降值9. 059. 928. 629. 7737. 369. 342007进口水温38. 4339. 1240. 3440. 84158. 7339. 68出口水温30. 529. 7530. 8329. 96121. 0430.

16、 26温降值7. 939. 379. 5110. 8837. 699. 42注:以上数据为1号塔相近工况下的运行记录。, 1发电煤耗升高g/发电煤耗升高3. 65 。1号塔, 循环水出口温度平均下降1. 64, 按照一般情况计算,1号机组发电煤耗可降低1. 64g/kWh ; 按夏季循环水温度高时计算, 最高可降低发电煤耗5. 9g/kWh , 经济效益可观。6结束语冷却塔是电厂热力循环中的重要附属设备, 其冷却效率直接影响机组的背压和循环热效率。从电厂冷却塔的运行状态看, 其冷却效率普遍较低, 还有待进一步提高。性能优良的冷却塔是保证机组较高热效率和夏季负荷高峰期能满负荷发电的重要一环, 因此加强冷却塔性能监控, 对效率明显下降的冷却塔进行全面维护, 是电厂节能降耗工作中面临的突出问题。参考文献:1王志峰. 冷却水塔池壁裂缝的分析与控制J.河北电力技术,2004, (5 :4-5,162刘乃玲. 冷却塔的冷却特性J.山东建筑工程学院学报,2001,(3