旋转节能型喷溅装置在火力发电厂自然通风湿式冷却塔的应用

旋转节能型喷溅装置在火力发电厂自然通风湿式冷却塔的应用周殊梅（大唐保定热电厂）摘要：通过对冷却塔喷溅装置的改造，解决了喷溅装置的掉头、断裂、冲毁填料等问题；减少或消除冬季水塔结冰所造成的危害；减少厂用电；降低煤耗；减少维护费用。关键词：冷却塔、反射Ⅲ型喷溅装置、节能旋转型喷溅装置、1概述大唐保定热电厂4500m2双曲线自然通风湿式冷却塔，冷却塔采用套筒式竖井供水，槽式配水系统，设计使用反射Ⅲ型喷溅装置3152套，喷嘴口径φ32mm（216套）、φ34mm（1504套）、φ36mm（400套）。冷却塔淋水填料采用PVC塑料填料，安装高度为1m，搁置在铸铁托架上。除水器采用BO160-45型玻璃钢除水器。自冷却塔投运以后，部分淋水填料结垢、破损；喷溅装置淋水不均、局部有脱落、堵塞等现象，使冷却塔出水温度较高，影响机组真空，在一定程度上提高了机组的发电煤耗。反射Ⅲ型喷溅装置出现水冲击后掉头现象，使水直流冲击填料，严重时将填料冲出孔洞，使空气旁流，影响水塔的配水均匀性，填料碎片堵塞滤网或凝汽器冷却管的现象也时有发生。水塔安装的反射Ⅲ型喷溅装置，本身存在着配水不尽合理及淋水不均等问题。反射Ⅲ型喷溅装置存在冬季水塔外区结冰问题，影响水塔冬季的安全经济运行。改用JNX-03节能旋转型喷溅装置，可提高布水的均匀性，降低水塔的出水温度，降低汽轮机排汽压力，节省发电煤耗。该项目的原理是：JNX-03旋转型喷溅装置，靠水头推动溅水碟旋转，产生大小而又不等的无规则水滴，靠自由落体运动，均匀地无固定轨迹地淋撒在填料上，实现使水与空气的均匀接触，从而降低出塔水温，提高凝汽器真空。2反射Ⅲ型喷溅装置存在的问题分析12.1反射Ⅲ型喷溅装置存在掉头（见下图）问题：反射Ⅲ型喷溅装置的下盘与上盘为分体加工，靠人力用塑料焊接或粘接组装固定。由于水塔运行温差变化幅度较大、水冲击振动，使连接强度降低，在大水量的作用下发生组装薄弱部位损坏，使下盘脱落（俗称掉头）形成直流。（照片）2.2反射Ⅲ型喷溅装置存在重水区、轻水区和无水区：这种喷溅装置靠水的冲击力喷到下盘上再反射Ⅲ到上盘后折射向下，形成以外围多股重水流线射向填料，形成固定的淋水流线，水流线之间及其内部形成轻水区或无水区，由于喷溅范围小，不能较好的实现交叉配水，水流线冲击的外部形成重水区，水线四周分散的细小水滴所影响的部位形成轻水区，中间形成无水区。（照片）3改造冷却塔喷溅装置的必要性：3.1冷却塔配水系统均匀布水的重要性冷却塔的作用是将挟带废热的循环水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。空气带走的热量越多，冷却塔的换热效率越高，汽轮机的背压越低，机组的发电效率越高。配水的合理性与喷溅装置淋水的均匀性（统称布水均匀性）对冷却塔的换热效果影响极大。如果一部分填料淋不到水，那么这一部分填料就不能起到冷却作用，通过填料区的空气也没有参与塔内的热交换过程，塔的换热效率也必然下降；同时还会降低冷却塔的通风量。填料都能淋到热水，而布水均匀性不好，存在重水区和轻水区，也会使冷却塔的换热效率下降。喷溅装置是影响冷却塔换热效率的重要部件，热水通过不同的喷溅装置洒到填料上将反射Ⅲ型喷溅装置2会获得不同的换热效率。目前冷却塔内使用的反射Ⅲ型喷溅装置在填料上存在着无水区、轻水区和重水区，使冷却塔换热效率较低，存在着提高冷却塔换热效率的潜在条件。JNX-03旋转型喷溅装置解决了反射Ⅲ型淋水均匀性差的问题，水流在压头的作用下通过喷溅装置的导水锥体推动溅水碟旋转；旋转速度与射流水速度成正向关系，水头在600mm时旋转速度在60—120转/分之间；试验证明：JNX-03型比反射Ⅲ淋水均方差σ平均减少15%，而喷溅半径增加约30%，交叉布水效果更好。多个电厂使用证明，可降低水塔出水温度0.8℃，相当于每发一度电省1克标准煤。3.2JNX-03旋转型优于反射Ⅲ型的特点3.2.1旋转型喷溅装置采取一体结构制造（见下图），主体承载能力超过50Kg；喷嘴出口空间较大，克服反射Ⅲ型组装结构造成的掉头、易堵塞、断裂、布水不均等缺点，避免或消除因直流而造成的塑料填料冲毁现象。在槽式配水维修过程中，为了减少水槽溢水，往往用木棍桶堵塞的喷嘴，反射Ⅲ型喷嘴结构将会掉头，JNX-03型喷溅装置的结构不会掉头。3.2.2旋转型用纯ABS工程塑料制造，使用温度-40—90℃；使用寿命10年。3.2.3旋转型旋转速度：60-150转/分；3.2.4旋转型靠溅水碟转动进行布水，淋水范围较大，交叉撞击效果好；由于旋转上扬而充分利用配水空间换热；淋水均匀性好，喷溅范围大，实现交叉配水，不存在轻水区、重水区或无水区，能够彻底达到均匀布水目的，提高了水塔的冷却效率；实践证明，反射Ⅲ型图JNX-03旋转型喷溅装置安装图3在塑料填料上使用要明显优于其它喷溅装置。3.3JNX-03型喷溅装置独有的性能特点3.3.1改变了传统喷溅装置的淋水特性：JNX-03旋转型喷溅装置使水流在压头的作用下旋转，水滴靠离心力甩向四周；每个装置具有自己的转速，互相并不等同，更有利于交叉淋水的均匀性；由于溅水碟匀速旋转，产生大小而又不等的无规则水滴，均匀的无固定轨迹的淋撒在填料上，实现使水与空气的均匀接触。3.3.2对夏季高温大负荷时的适应性：夏季高温大负荷时循环水量大，溅水碟旋转速度快，水的喷溅范围将会增大，淋水均匀性将会大大提高，多个喷头交叉作用后的效果会更好，能够满足满负荷发电的高真空要求。3.3.3对冬季低温负荷时降低结冰的可能性：在冬季情况下，循环水量减少，水头降低，填料结冰是从有水区与无水区的分界线上开始。由于溅水碟旋转，水流将无规律的被分溅出去，使热水均匀地撒到填料上，从而避免或减轻结冰。3.3.4降低双泵运行时间，减少厂用电耗：经过多个电厂的实际使用观察，每年春季可晚启双泵运行时间约半个月，秋季可早停双泵运行时间约半个月。3.3.5采取整体加工方式，解决了其它组合式喷溅装置的掉头、断裂、冲毁填料等问题。4改造方案（标准执行DL/T742-2001《冷却塔塑料部件技术条件》）4.1拆除反射Ⅲ型喷溅装置3152套；4.2安装JNX-03型喷溅装置3152套；4.3清理喷溅装置内堵塞的杂物；4.4更换损坏的管座及连接件；4.5安装工期7天。5喷嘴口径选择5.1配水校核计算4改造过程中对喷嘴口径进行配水校核计算，确定最佳配水方式，可解决水槽溢水、缺水现象，减少或消除外圈结冰问题，同时满足降低水塔出水温度0.5-0.8℃，提高真空0.3-0.5Kpa。根据本塔槽式配水系统的构成、特点，运用Bernoulli(伯努利)方程，建立各喷溅装置流量、压头的关系式，采取迭代的方法求解，确定双泵运行时的水力特性，然后计算喷溅装置入口水压，计算喷溅装置的泄流量，根据上述2）的试验特点确定喷嘴的布置方式。配水槽的总水头H1（相对喷溅装置出口工作水头）为：Hi,j—第i水槽，第j个喷溅装置的总水头，m；ζ—为综合阻力系数；Q—为管入口流量，m3/s；A—为面积，m2Hw—竖井水压头，m。(i=1,2，………，n；j=2,3，………..m)，单个喷溅装置泄流量计算公式如下：)5..(..............................2,hgnAqji利用分流理论（Gardel方程）计算综合阻力系数。各喷嘴泄流量是否均匀，可通过喷嘴的泄流均方差σ来衡量其均匀度：)6.(..............................)1(12nqqni5.2冷却塔换热的特点根据近年来专家们对《逆流式自然通风冷却塔流场及热质交换的数值模拟》和《逆流式冷却塔填料及淋水分布的数值优化设计》的研究，通过试验获取逆流冷却水塔换热的特点：)4.........(....................221,,gvHHjiji)3....(....................2221gAQHHww55.2.1塔内气水换热由三个部位完成，热水通过喷溅装置均匀喷洒在填料上，进行首次换热，换热量约占总换热量的5-15%；水流经填料所产生换热量约占总换热量的60-70%；填料下雨区换热量约占总换热量的20-25%。5.2.2填料区域是全塔冷却效率最高的地方，但其冷却能力沿径向并不一致。在（0.0—0.3）R（填料顶半径）的区域中，水温改变很小，此区域内的冷却能力很低；而在（0.6—0.94）R的区域中，经过填料后的水温最低，亦即此区内的冷却能力最高，通过试验获取逆流冷却塔换热的特点（见上图2）。5.3喷嘴口径选择根据目前国内外对配水方式的研究与试验表明，全塔使用一种口径的喷嘴是不科学的，冷却塔的换热特点(上述6.2)表明，靠近冷却塔中心部位的换热能力比较弱，干燥低湿的空气从冷却塔的外围进入，与热水混合，空气不断被加热温度升高，湿度增大，然后由塔筒中心排入大气。靠近塔中心区域的空气温度高且湿度大，带走的热量小，所以内围喷嘴口径宜小于冷却塔外围喷嘴口径。即由内到外喷嘴口径应逐渐变大；根据对多个冷却塔喷嘴改造的实际经验，确定比较合理的喷嘴口径及喷嘴的布置方式。本次改造喷嘴口径分三种规格：φ32mm、φ34mm和φ35mm。5.4设备变更情况原设计安装喷溅装置：反射Ⅲ型2120套；喷嘴口径：φ34mm。本次改造将原喷溅装置更换为JNX-03节能旋转型喷溅装置，喷嘴口径分为φ32mm、φ34mm、φ35mm三种规格，共计安装2120套。66改造喷嘴达到的效果6.1水塔出水温度降低0.8℃以上；6.2一个大修期内免维护。6.3减少或消除冬季水塔结冰所造成的危害。6.4消除因喷溅装置掉头而造成的填料损坏问题。7改造效益与投资回报期分析7.1减少维护费用：两个大修期内可减少配水系统维护费用80%。经验上可按平均年约节省维护费用3万元计算。7.2降低煤耗：按降低水塔出水温度0.5℃，相当于每发1度电省0.5克（以上）标准煤。机组每年运行实现6000小时以上，平均负荷按80%，标煤按750元/吨计算：每年可节省标准煤125000×6，000×80%×0.8×0.8=480吨每年可节省燃煤费用：480吨×750元/吨=36万元7.3降低电耗：如果运行调整合理，每年至少一个月可节省一台循环水泵运行（减少双泵运行时间），因此每年可节约厂用电量。7.4节省费用合计：39万元.8.结束语：通过对机组冷水塔喷淋装置的节能改造后，冷却塔出水温度降低0.8℃以上，预计每年可节省标准煤耗约480吨；减少二氧化碳排放量约980吨，降低每年的维护工作量。作者简介：周殊梅，大唐保定热电厂设备部点检员，热动专业工程师。单位地址：河北省保定市乐凯北大街光明路316号，邮编071051，邮箱[e-mail]联系电话：[phone]。