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河北華強(qiáng)冷卻塔塔芯的優(yōu)化改造
一、冷卻塔存在的問題
我公司目前所使用的冷卻塔是濕式雙曲線自然通風(fēng)逆流冷卻塔，冷卻面積750m2。該塔經(jīng)過多年的運(yùn)行暴露出結(jié)構(gòu)、填料支撐及配水系統(tǒng)存在諸多不合理之處，極大地降低了冷卻塔的出力，已不能滿足多機(jī)組運(yùn)行要求，并嚴(yán)重的影響了汽輪機(jī)組在夏季的安全運(yùn)行。該塔存在的問題主要有：
1．填料支撐系統(tǒng)風(fēng)阻大
雙曲線自然通風(fēng)塔是靠塔筒頂部與底部的空氣密度差，使塔底冷空氣獲得上升推動(dòng)力，從塔的進(jìn)風(fēng)口通過高大的雙曲線形塔筒被抽向塔頂，從而在冷卻塔的填料層面形成一定速度的空氣流，與下淋的熱水進(jìn)行熱交換，達(dá)到熱水冷卻的目的。因空氣流動(dòng)的動(dòng)力完全來自塔筒的抽力，因此，自然冷卻塔的阻風(fēng)面積有一定要求。該塔采用容重大的水泥格網(wǎng)填料，填料支撐系統(tǒng)較復(fù)雜，風(fēng)阻過大。實(shí)塔測試表明：塔內(nèi)的空氣流速低于0.5 m/s。
2．槽式配水系統(tǒng)配水不均
該塔采用槽式配水，其缺點(diǎn)是：矩形的硅配水槽體積大，繞流性差，對(duì)氣流的阻力大，由于該塔的中央豎井及主水槽、水分槽、配水槽因施工誤差大，其上的出水口各自都不在同一水平面上，存在高低水平的現(xiàn)象，導(dǎo)致低水平位置的配水槽水量大，高水平位置的水量小，甚至呈干涸狀態(tài)。配水系統(tǒng)的傾斜是自然通風(fēng)塔配水不均勻的另一原因。
3．噴濺裝置淋水不勻
通風(fēng)塔使用的噴濺裝置為反射式噴嘴。這些噴濺裝置存在著水膜布水中空現(xiàn)象、易堵塞、配水管變形等問題，很難實(shí)現(xiàn)淋水的均勻噴灑，再加上該塔配水槽的傾斜，使雙曲線自然通風(fēng)塔布水不勻，導(dǎo)致冷卻塔配風(fēng)不均勻，淋水密度大處通風(fēng)阻力大，淋水密度小處通風(fēng)阻力小，氣流形成短路。氣水之間不能充分換熱，影響了冷卻塔的冷卻效果。
4．收水器
通風(fēng)塔使用的收水器為FRP（纖維增強(qiáng)塑料）弧型板式，收水效率很低，其飄滴損失率高達(dá)0.1%，并且在運(yùn)行過程中易變形、老化，對(duì)通風(fēng)及飄滴造成更大的影響。更為重要的是FRP為易燃材料，在安裝施工及日常維護(hù)過程中，易發(fā)生安全事故。
二、冷卻塔優(yōu)化改造實(shí)施
鑒于雙曲線自然通風(fēng)塔對(duì)阻力的高度敏感，首先應(yīng)重視對(duì)填料的選型，對(duì)熱力特性和阻力特性要兩者兼顧，要特別重視填料本身對(duì)進(jìn)塔風(fēng)的阻力，有些填料雖然在試驗(yàn)裝置中呈現(xiàn)出較高的熱力特性，但由于其風(fēng)阻較大，用在對(duì)阻力十分敏感的雙曲線自然通風(fēng)塔內(nèi)并非最優(yōu)。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，如果雙曲線自然通風(fēng)塔內(nèi)的風(fēng)速達(dá)不到1.0～1. 2m/s，填料的熱力特性再好，也發(fā)揮不出填料的優(yōu)勢(shì)，沒有足夠的冷空氣，氣水的熱交換就無法充分進(jìn)行。
配水不勻是影響雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔冷卻效果的另一個(gè)重要因素。配水系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不合理，必然導(dǎo)致從配水管開始就產(chǎn)生配水不均；再者，反射型噴淋裝置的形式較為落后，存在水膜布水中空等弊端，如果不能使塔內(nèi)出水口在同一水平面上噴淋，就會(huì)加大布水不均及通風(fēng)阻力。
由于雙曲線自然通風(fēng)塔的風(fēng)速完全撒于塔體結(jié)構(gòu)，一旦塔體建成投入運(yùn)行，就難于改變進(jìn)入塔體的風(fēng)速。因此只有從改進(jìn)涼水塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，盡可能減少塔內(nèi)每一構(gòu)件對(duì)進(jìn)塔風(fēng)的阻力，才能保證進(jìn)塔風(fēng)達(dá)到最大風(fēng)速。
針對(duì)該塔的現(xiàn)狀及存在的問題，進(jìn)行如下優(yōu)化改造。
1.盡可能的減小塔內(nèi)風(fēng)阻，將原有水泥格網(wǎng)填料更換為改性PVC薄膜填料。該填料片厚為0.45mm，比網(wǎng)格填料的阻風(fēng)面積大大減小，其有效通風(fēng)表面積約150m2/m3，較水泥格網(wǎng)填料大3倍以上，有效通風(fēng)面積的增大在減小了風(fēng)阻的同時(shí)增大了涼水塔熱交換面積，提高了換熱能力。
2．填料選擇采用薄膜填料后，其容重極大減輕，因此，填料支撐系統(tǒng)的次梁隔一去一減少一半，總風(fēng)阻面積可減少7.1%。同時(shí)將填料的承托改為鋼管，由于鋼管的弧面與填料的接觸面很小，并且鋼管具有良好的繞流性，可進(jìn)一步降低風(fēng)阻和配水的通流面積。改造前后見圖。
3．將配水槽兩側(cè)配水口全部封死，全部改由槽底配水，確保每一噴頭的進(jìn)水口處于同一水平面，使其每一噴頭的水壓、出水量相同，徹底解決了由于配水不均帶來的不良影響。改造前后如圖2所示。
4．將現(xiàn)有的反射II型噴頭更換為機(jī)力通風(fēng)塔采用的WNⅡ型蝸牛噴頭。該噴頭噴濺方式為水滴噴濺，比水膜噴濺方式風(fēng)阻小，噴淋均勻、無中空，可極大提高噴淋均勻效果。并具有良流性、進(jìn)出口直徑大、無堵塞的特點(diǎn)，非常適用于薄膜填料。
5．收水器改為MWDP70多波收水器，它具有收水率高、風(fēng)阻適中的特點(diǎn)，既降低飄滴損失，又不增大通風(fēng)阻力。
6．根據(jù)氣象參數(shù)θ1=32.2℃、τ1＝27. 8℃、p = 99992Pa和工藝參數(shù)τ1=45 ℃、τ2 =34℃，經(jīng)過熱力、空氣動(dòng)力計(jì)算，求得該塔的工作點(diǎn)參數(shù)為：設(shè)計(jì)氣水比0.669，進(jìn)塔空氣量247.69萬m3/h，單塔冷卻水量4522 m3 /h。
三、改造效果
我公司共有750M2雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔2座，改造前，如2001年夏季，兩塔共可處理3000 m3/h循環(huán)冷卻水量，只能滿足發(fā)電量為12MW、帶抽凝的6#機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行，并且夏季最高循環(huán)冷卻水溫為τ1=49 ℃，τ2=37～38℃，Δt=11～12℃。最多只能滿足兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。改造后，2002年夏季在1#塔已改造、2#塔未改造情況下，兩座冷卻塔循環(huán)水量共為7400m3/h，4#59W機(jī)組，5#7.5MW機(jī)組，6#12MW機(jī)組（三機(jī)組均在純凝工況下滿負(fù)荷），可全部投入運(yùn)行，夏季最高水溫為τ1=50 ℃，τ2=39～40℃，Δt=11～12℃。
平均實(shí)測風(fēng)量1#塔為238.29萬m3/h，2#塔（未改造）為207.12萬m3/h；改造后發(fā)電機(jī)組年增加發(fā)電量為216萬KW•h，若每度電按0.45元計(jì)，則增加產(chǎn)值97.2萬元。另外，機(jī)組真空平均提高0.1%。
