黃汝廣， 向模林， 李 夏

(深圳南天電力有限公司， 廣東深圳 518040)

冷卻塔各參數(shù)的變工況分析

黃汝廣， 向模林， 李 夏

(深圳南天電力有限公司， 廣東深圳 518040)

利用麥克爾公式，研究了冷卻塔的變工況特性，并繪制了相應(yīng)的變工況特性曲線。通過(guò)分析及計(jì)算可知：在其他因素不變的情況下，冷卻塔出塔水溫受干球溫度變化的影響不大，而受濕球溫度與大氣壓力變化的影響較大；冷卻塔出水溫度受通風(fēng)量變化的影響比對(duì)冷卻水量變化的影響更大。

火電機(jī)組； 冷卻塔； 變工況； 水溫

冷卻塔是火力發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的重要換熱設(shè)備，其運(yùn)行狀況受到機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水運(yùn)行方式以及氣象條件的影響?，F(xiàn)有文獻(xiàn)資料主要針對(duì)冷卻塔熱力計(jì)算方法及冷卻塔熱力性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，而針對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的變工況特性研究，也主要集中在凝汽器方面，并且都是在凝汽器進(jìn)口水一定的前提下，利用凝汽器變工況特性確定循環(huán)水最優(yōu)運(yùn)行方式，未考慮冷卻塔對(duì)凝汽器進(jìn)口水溫的影響，忽略了冷卻塔的變工況特性。文獻(xiàn)[1]對(duì)此做了改進(jìn)研究，基于軟測(cè)量原理和冷卻塔實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，提出一種冷卻塔出塔水溫計(jì)算的新方法，并利用該方法研究冷卻塔的變工況特性，繪制冷卻塔變工況特性曲線；但是在自變量的選取上存在問(wèn)題，以致得出干球溫度的變化對(duì)出塔水溫有顯著影響的結(jié)論。筆者在該文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化自變量的選取，進(jìn)行了機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的變工況特性研究，并繪制相應(yīng)的變工況特性曲線，得出冷卻塔出塔水溫對(duì)大氣干球溫度的變化情況。

1 冷卻塔熱力計(jì)算的基本公式

全世界進(jìn)行冷卻塔的熱力計(jì)算，較廣泛地采用麥克爾焓差公式，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)引入劉易斯關(guān)系式，把傳熱與傳質(zhì)統(tǒng)一在焓的概念里，減少了計(jì)算參數(shù)[2]。

(1)

式(1) 左側(cè)為冷卻塔的冷卻能力數(shù)，即淋水填料的散熱特性，它表征了在一定淋水填料及塔型下冷卻塔所具有的冷卻能力，主要與填料的尺寸構(gòu)造及氣水比有關(guān)，即

(2)

式中：A和B為常數(shù)，需通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)確定，一般由填料廠家直接給出。當(dāng)實(shí)際冷卻塔進(jìn)塔水溫t1與設(shè)計(jì)進(jìn)塔水溫t10偏差大于±2 K時(shí)，冷卻塔的冷卻能力數(shù)需進(jìn)行水溫修正[3]。

(3)

式中：系數(shù)P根據(jù)有關(guān)淋水填料實(shí)測(cè)值選用，無(wú)資料時(shí)可取P=0.4。因此，對(duì)于一個(gè)建造好的冷卻塔，其冷卻能力主要決定于氣水比，而進(jìn)塔水溫升高到一定程度會(huì)降低其冷卻能力。

式(1) 右側(cè)為冷卻塔的冷卻任務(wù)數(shù)，一般采用切比雪夫積分法進(jìn)行計(jì)算比較精確，但公式較復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)、出塔水溫差Δt=t1-t2<15 K時(shí)，采用以下較簡(jiǎn)便的辛普森積分法，也可滿足計(jì)算精度[4]。

(4)

(5)

由于通常在大氣壓下，濕空氣的濕球溫度τ近似等于其絕熱增濕飽和溫度，而絕熱增濕過(guò)程基本可看作等焓過(guò)程，故濕空氣比焓h=h(θ,φ)=h(θ,τ)≈h″(τ)。那么

(6)

所以，冷卻塔工況受大氣濕球溫度的影響比較大，而基本不受干球溫度的影響(干球溫度對(duì)氣水比略有影響，但影響很小)。

2 冷卻塔變工況計(jì)算及各參數(shù)的影響分析

對(duì)于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，進(jìn)塔風(fēng)量一般可看作定值，變工況下主要是進(jìn)塔干空氣密度影響氣水比。冷卻塔的變工況計(jì)算，需要滿足下列等式：

(7)

根據(jù)式(7)繪制的下列各圖中，上曲線為進(jìn)水溫度，下曲線為出水溫度，其縱坐標(biāo)單位均為攝氏度(℃)；對(duì)于干球溫度與濕球溫度，其橫坐標(biāo)單位也為攝氏度(℃)，但對(duì)于大氣壓力、進(jìn)塔風(fēng)量、進(jìn)塔水量及汽輪機(jī)負(fù)荷，其橫坐標(biāo)單位則為相對(duì)比值，1表示設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。

2.1 大氣壓力

在其他因素不變的情況下，大氣壓力主要是通過(guò)影響干空氣密度，從而影響冷卻塔氣水比，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖1。從圖中可以看出：大氣壓力增加10%，出塔水溫約減小1.5 K。但通常情況下，大氣壓力相對(duì)很穩(wěn)定，一天內(nèi)變化一般很少超過(guò)1%～2%，出塔水溫變化最大約為0.15～0.3 K。

圖1 大氣壓力與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

2.2 大氣干球溫度

在其他因素不變的情況下，大氣干球溫度對(duì)進(jìn)塔濕空氣比焓及干空氣密度略有影響，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖2。從圖2中可以看出：大氣干球溫度的影響很小，干球溫度增加10 K，出塔水溫約增加0.12 K。

圖2 干球溫度與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

但文獻(xiàn)[1]卻計(jì)算出干球溫度變化5 K，出塔水溫變化約2.5 K，并得出干球溫度的變化對(duì)出塔水溫有顯著影響的結(jié)論。

之所以如此，原因在于該文獻(xiàn)是選擇干球溫度與相對(duì)濕度作自變量，當(dāng)分析干球溫度的影響時(shí)，其相對(duì)濕度是保持不變的，這就必然導(dǎo)致濕球溫度隨干球溫度的增加而增加，即出塔水溫的變化實(shí)際上是濕球溫度變化引起的。所以，在變工況因素分析時(shí)，自變量必須選擇獨(dú)立的變量。

2.3 大氣濕球溫度

在其他因素不變的情況下，大氣濕球溫度對(duì)進(jìn)塔濕空氣比焓影響很大，并對(duì)干空氣密度略有影響，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 濕球溫度與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

從圖3中可以看出：大氣濕球溫度的影響很大，濕球溫度增加10 K，出塔水溫約增加7 K。

2.4 冷卻塔進(jìn)風(fēng)量

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔進(jìn)風(fēng)量的改變，一般需要調(diào)整葉片角度。在其他因素不變的情況下，進(jìn)塔風(fēng)量的變化主要影響氣水比，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 進(jìn)風(fēng)量與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

從圖4中可以看出：冷卻塔進(jìn)風(fēng)量增加10%，出塔水溫約減小0.5 K。

2.5 冷卻塔進(jìn)水量

在其他因素不變的情況下，進(jìn)塔水量主要影響進(jìn)、出塔水溫差及氣水比，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 進(jìn)水量與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

從圖5中可以看出：冷卻塔進(jìn)水量增加10%(進(jìn)、出塔水溫差也減小約10%)，出塔水溫約增加0.15 K，進(jìn)塔冷卻水溫度約減小0.67 K。設(shè)計(jì)進(jìn)、出塔水溫差Δt=8.2 K。

2.6 汽輪機(jī)組負(fù)荷

在其他因素不變的情況下，汽輪機(jī)組負(fù)荷主要影響進(jìn)、出塔水溫差，其與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系見(jiàn)圖6。

圖6 汽輪機(jī)負(fù)荷與進(jìn)、出塔水溫的關(guān)系

從圖6中可以看出：汽輪機(jī)組負(fù)荷增加10%(進(jìn)、出塔水溫差也增加10%)，出塔水溫約增加0.38 K，進(jìn)塔冷卻水溫度約增加1.2 K。設(shè)計(jì)進(jìn)、出塔水溫差Δt=8.2 K。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)冷卻塔各參數(shù)的影響進(jìn)行了較詳細(xì)分析，為冷卻塔的變工況分析提供了一個(gè)參照，具有一定的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)上面的計(jì)算和分析，可以看出冷卻塔變工況具有如下一些特點(diǎn)：

(1) 大氣濕球溫度對(duì)冷卻塔出水溫度的影響最大，而干球溫度的影響基本可以忽略不計(jì)。

(2) 溫度之外，根據(jù)其他各因素變化10%對(duì)冷卻塔出水溫度的影響來(lái)看，其排序?yàn)榇髿鈮毫?冷卻塔進(jìn)風(fēng)量>汽輪機(jī)組負(fù)荷>冷卻塔進(jìn)水量。

(3) 當(dāng)進(jìn)塔水量增大時(shí)，出塔水溫增加，進(jìn)塔水溫減小，且進(jìn)塔水溫的變化幅度更大。

(4) 當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，出塔水溫和進(jìn)塔水溫均增加，且進(jìn)塔水溫的變化幅度更大。

[1] 夏林，劉德有，丁偉，等. 火電機(jī)組冷卻塔變工況特性研究[J].熱能動(dòng)力工程，2014，29(3):326-332.

[2] 趙振國(guó).冷卻塔[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1997.

[3] 西安建筑科技大學(xué). CECS 118：2000 冷卻塔驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，2000.

[4] 中華人民共和國(guó)發(fā)展和改革委員會(huì). DL/T 1027—2006 工業(yè)冷卻塔測(cè)試規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2007.

Analysis on Cooling Tower Parameters under Variable Working Conditions

Huang Ruguang, Xiang Molin, Li Xia

(Shenzhen Nantian Electric Power Co., Ltd., Shenzhen 518040, Guangdong Province, China)

With Merkel formula, the characteristics of a cooling tower were studied under variable working conditions, with corresponding characteristic curves plotted. Analysis and calculation results show that the outlet water temperature of cooling tower is not sensitive to the change of dry bulb temperature, but is more sensitive to the change of wet bulb temperature and atmospheric pressure; in addition, the outlet water temperature of cooling tower is more sensitive to the change of ventilation rate than to the change of the cooling water flow rate.

thermal power plant; cooling tower; variable working condition; water temperature

2014-11-17

黃汝廣(1977—)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及技術(shù)分析工作。

E-mail: scamperhrg@126.com

TK264

A

1671-086X(2015)04-0261-03