孫曉鵬，陳文奇，劉國(guó)鈞，穆 巖

(1.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司熱電廠，遼寧 撫順 113000；2.華潤(rùn)東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121000；3.秦皇島達(dá)成科技有限公司，河北 秦皇島 066000)

淺析冷卻塔綜合治理實(shí)踐

孫曉鵬1，陳文奇2，劉國(guó)鈞1，穆 巖3

(1.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司熱電廠，遼寧 撫順 113000；2.華潤(rùn)東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121000；3.秦皇島達(dá)成科技有限公司，河北 秦皇島 066000)

詳細(xì)敘述了撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司熱電廠3號(hào)機(jī)組冷卻塔運(yùn)行現(xiàn)狀、綜合治理方案、具體實(shí)施及經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)，是一項(xiàng)投資少、收益快、經(jīng)濟(jì)效果好的節(jié)能綜合治理項(xiàng)目，值得類似發(fā)電廠借鑒和推廣應(yīng)用。

冷卻塔；綜合治理；經(jīng)濟(jì)效益

撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司熱電廠共有2臺(tái)國(guó)產(chǎn)25 MW(哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的CC25-90/10/1.2型、北京重型電機(jī)廠制造的B25-90/10型)和1臺(tái)進(jìn)口123.7 MW(瑞士ABB公司制造的DEEKHH2-2071型)汽輪發(fā)電機(jī)組，分別于1992年6月、10月和1996年7月投入商業(yè)運(yùn)行，現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已非常長(zhǎng)。期間雖然進(jìn)行了多次機(jī)組A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)檢修工作，但均是將有限的資金重點(diǎn)投入到國(guó)家嚴(yán)格控制的環(huán)境保護(hù)設(shè)備治理改造項(xiàng)目(如鍋爐煙道的除塵、脫硫等設(shè)備)和機(jī)組安全性方面，而投入到影響經(jīng)濟(jì)性方面的治理資金卻很少；加之機(jī)組在役運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備老化、效率低、能耗高，使電廠盈利空間逐漸縮??；同時(shí)又受外部電力市場(chǎng)影響，使電廠機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、負(fù)荷率等指標(biāo)逐步下降，因此需要內(nèi)部挖潛、節(jié)能降耗，集中有限資金，重點(diǎn)對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響較大的設(shè)備進(jìn)行治理，首先在3號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修中進(jìn)行節(jié)能指標(biāo)治理工作。

1 設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查

為了將有限的資金用在關(guān)鍵部位，并達(dá)到收益最大化，實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效果，工程技術(shù)人員全方位進(jìn)行設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查、細(xì)致技術(shù)分析、全面綜合論證，確定最優(yōu)治理改進(jìn)方案。

1.1 凝汽器冷卻水溫度

凝汽器真空是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)。125 MW機(jī)組凝汽器真空每變化1%(約1 kPa)汽輪機(jī)熱耗率變化約0.941 7%，影響發(fā)電煤耗率3.2 g/kWh[1]。影響凝汽器真空的因素是多方面的，如真空系統(tǒng)嚴(yán)密性、凝汽器換熱管清潔度、冷卻水溫度等。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，冷卻水溫度是一項(xiàng)重要影響因素，125 MW機(jī)組冷卻水入口溫度每升高1 ℃汽輪機(jī)熱耗率變化約0.346 4%，影響發(fā)電煤耗率1.11 g/kWh。2013年3號(hào)機(jī)組負(fù)荷、真空、冷卻水溫度統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 3號(hào)機(jī)組負(fù)荷、真空、冷卻水溫度統(tǒng)計(jì)表

注：冬季運(yùn)行時(shí)采用調(diào)整循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)實(shí)現(xiàn)降低廠用電量消耗，以獲得綜合效益。

可見(jiàn)，全年各冷卻水平均溫度均超過(guò)凝汽器設(shè)計(jì)冷卻水溫度(設(shè)計(jì)值20 ℃)達(dá)到23.8 ℃，最低月份、最高月份時(shí)平均冷卻水溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值分別為0.9 ℃、10.1 ℃，可見(jiàn)冷卻水溫度是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要因素，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化治理。

1.2 冷卻塔運(yùn)行現(xiàn)狀

冷卻塔運(yùn)行時(shí)，塔上霧汽嚴(yán)重不均，較大范圍內(nèi)無(wú)熱蒸汽，可知被空氣帶走的蒸汽流量較少。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)冷卻塔雨區(qū)有數(shù)十處集中降雨處，有的已呈柱狀落下，且流量較大，還有多處無(wú)雨區(qū)。單機(jī)2臺(tái)定速循環(huán)泵運(yùn)行，有4條支水槽、18條分水槽均有不同程度溢流淌水現(xiàn)象，通過(guò)觀察損壞、塌落的除水器，已有部分噴濺裝置損壞、脫落，這些都將造成熱水直接流到填料層上，相當(dāng)于噴濺裝置環(huán)節(jié)；同時(shí)還有多個(gè)噴嘴堵塞，沒(méi)有熱水流出，形成無(wú)水區(qū)域；損壞、脫落的填料多集中在集中降雨處，并發(fā)現(xiàn)多處填料有損壞穿孔露天現(xiàn)象，局部降低了冷空氣流動(dòng)阻力。

冷卻塔的配水不均、噴淋裝置工作不良，使噴濺出的水滴顆粒直徑較大(相應(yīng)換熱表面積較小)，尤其是集中降雨處；填料箱、噴淋裝置的損壞，都使填料的膜式換熱惡化，水膜不均、水膜厚度增加；填料箱的穿孔露天和除水器的缺失，使冷空氣直接通過(guò)，相應(yīng)減弱正常工作的填料、噴淋裝置處的空氣通流量，綜合降低了冷卻塔的換熱能力，造成冷卻塔出水溫度升高。為此，把冷卻塔的統(tǒng)合治理作為機(jī)組A級(jí)檢修中的一項(xiàng)重點(diǎn)節(jié)能治理項(xiàng)目。

2 冷卻塔統(tǒng)合治理方案

2.1 冷卻塔清淤、修補(bǔ)工作

2.1.1 清淤工作

冷卻塔清淤工作是針對(duì)主水槽、支水槽、分水槽進(jìn)行的，清除積存的淤泥等雜物，相應(yīng)增大了熱水流通截面積，減少了雜物對(duì)噴濺裝置、填料的沖擊損傷。

冷卻塔池、循環(huán)泵吸水池的清淤工作主要是清除集水池內(nèi)積存的淤泥和塔上脫落破損物件等。

同時(shí)將冷卻塔上和塔池內(nèi)清除的雜物及時(shí)運(yùn)出，防止發(fā)生二次污染。

為鞏固清淤成果，對(duì)冷卻塔池周圍10 m左右范圍內(nèi)地面硬覆蓋進(jìn)行完善；修復(fù)塔池周圍護(hù)欄網(wǎng)，從而降低風(fēng)吹落入塔池內(nèi)雜物的可能性。

2.1.2 修補(bǔ)工作

冷卻塔修補(bǔ)工作主要是修復(fù)破損的水槽，使其上沿標(biāo)高基本相同，杜絕或減少局部熱水溢流跑水現(xiàn)象發(fā)生。

冷卻塔池修補(bǔ)工作主要是杜絕或減少塔池外緣風(fēng)化破損物進(jìn)入塔池。

2.2 噴濺裝置治理工作

2.2.1 噴濺裝置選擇

按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、流量系數(shù)適宜、噴濺均勻、不易堵塞[2]等技術(shù)要求，綜合比較確定新型高效霧化效果好的TP-Ⅱ型噴濺裝置，此裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)。

a.換熱效率高。噴濺裝置一體結(jié)構(gòu)制造，水滴噴濺范圍較大、交叉撞擊效果好，實(shí)現(xiàn)交叉配水，消除輕水區(qū)、重水區(qū)或無(wú)水區(qū)現(xiàn)象；噴濺出的熱水滴顆粒直徑小、覆蓋范圍寬，增大熱水滴外表面積，提高了水和空氣熱交換能力，提高了冷卻塔的冷卻效果。

b.結(jié)構(gòu)合理，使用壽命長(zhǎng)。采用純ABS工程塑料，一體結(jié)構(gòu)制造，承載能力強(qiáng)，可承載50 kg以上作用力；其使用溫度寬(工作溫度為-40～+90 ℃)，適應(yīng)我國(guó)北方特殊環(huán)境要求；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，噴嘴出口空間較大，克服了原組裝結(jié)構(gòu)所造成的易掉頭、堵塞、斷裂、布水不均等缺點(diǎn)，其使用壽命可達(dá)10年。

2.2.2 治理工作

a.疏通堵塞的噴嘴，恢復(fù)其工作能力。全面進(jìn)行噴濺裝置的外部檢查，確保對(duì)有潛在危險(xiǎn)、將要損壞的噴濺裝置進(jìn)行換新。脫落、損壞的噴濺裝置全部換新。

b.依據(jù)冷卻塔上外圍配水槽溢流現(xiàn)象，采用噴嘴口徑稍大規(guī)格的噴濺裝置并安裝在冷卻塔的外圍區(qū)域。

做好上述工作，可使冷卻塔配水均衡，并保證全部熱水都能經(jīng)過(guò)噴濺裝置后再落下。

2.3 填料、除水器治理工作

熱水的冷卻過(guò)程主要是在淋水填料中進(jìn)行的，是冷卻塔的關(guān)鍵部位[3]，填料所產(chǎn)生的溫降占整個(gè)冷卻塔溫降的60%～70%[4]。

2.3.1 填料選擇

選用換熱性能優(yōu)良、親水性好[5]的復(fù)合波型塑料填料作為替換填料。

2.3.2 治理工作

冷卻塔上部風(fēng)干后，進(jìn)行填料裝置的倒垛、篩選工作；對(duì)外形基本完整、強(qiáng)度足夠的填料進(jìn)行清除雜物、輸通網(wǎng)孔后再次進(jìn)行篩選工作；篩選出的完好填料進(jìn)行鋪設(shè)安裝，不足部分采用新型填料進(jìn)行補(bǔ)充完整。

注意新型填料必須分散使用，合理布置，不能發(fā)生上下層同時(shí)布置或集中布置現(xiàn)象，綜合發(fā)揮出填料裝置的最佳效果。

除水器也按填料方式進(jìn)行倒垛、篩選、清除雜物、回裝工作，不足部分補(bǔ)充完整。

3 統(tǒng)合治理方案的實(shí)施

3.1 新購(gòu)設(shè)備及廠家的優(yōu)選

選用優(yōu)良的設(shè)備是保證冷卻塔綜合治理后的節(jié)能效果和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。依據(jù)冷卻塔內(nèi)的工作性質(zhì)、環(huán)境，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)咨詢、調(diào)研后，選擇設(shè)備性能良好、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格適中的設(shè)備；同時(shí)還要考慮設(shè)備廠家的信譽(yù)、售后服務(wù)、質(zhì)量反饋和使用業(yè)績(jī)情況。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較、優(yōu)選后，確定TP-Ⅱ型噴濺裝置、復(fù)合波型填料和除水器的生產(chǎn)廠家。

3.2 技術(shù)指導(dǎo)和工程質(zhì)量監(jiān)督

良好的設(shè)備安裝是保證其長(zhǎng)時(shí)間安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件，必須嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝標(biāo)準(zhǔn)，并由廠家組織施工；施工期間，要有專業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)把關(guān)、指導(dǎo)工作。電廠成立以水塔維護(hù)班組、分廠、技術(shù)部為主的工程質(zhì)量監(jiān)督體系，保證施工期間有專人進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督、檢查工作。

需要替換新型設(shè)備時(shí)，由技術(shù)部專人負(fù)責(zé)，并有設(shè)備廠家、施工方共同確認(rèn)，同時(shí)做好設(shè)備統(tǒng)計(jì)和資料記錄(存檔)工作。

4 治理效果

4.1 外觀檢查

a.冷態(tài)試驗(yàn)檢查。機(jī)組檢修結(jié)束后，啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)泵進(jìn)行冷卻塔上水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。冷卻塔配水均勻、各水槽無(wú)溢流現(xiàn)象，通過(guò)觀察暫未安裝除水器的主水槽兩側(cè)，噴濺裝置效果好，水滴均勻顆粒小，手動(dòng)檢查安裝牢固，尤其是新型噴濺裝置效果更優(yōu)；除水器上部霧汽均勻；淋水密度均勻，無(wú)集中降雨和無(wú)雨區(qū)域。

b.熱態(tài)檢查驗(yàn)收。機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行一周后熱態(tài)檢查，冷卻塔的工作狀態(tài)與冷態(tài)相似，2臺(tái)循環(huán)泵全部運(yùn)行時(shí)，冷卻塔的工作狀態(tài)良好，淋水密度均勻，無(wú)集中降雨區(qū)域。

4.2 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

4.2.1 冷卻塔出水溫度評(píng)價(jià)

a.3號(hào)機(jī)組檢修治理前后冷卻塔出水溫度對(duì)比情況

檢修治理前，在3號(hào)機(jī)組90 %額定負(fù)荷、正常環(huán)境氣象條件下，連續(xù)5天內(nèi)每天5個(gè)時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)(環(huán)境風(fēng)速、大氣干球和濕球溫度、機(jī)組負(fù)荷、凝汽器進(jìn)水溫度)，共統(tǒng)計(jì)出25組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便設(shè)備檢修后進(jìn)行對(duì)比分析。

檢修治理后，機(jī)組啟動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行一周后，仍采用上述方法，在3號(hào)機(jī)組90%額定負(fù)荷、環(huán)境氣象條件相似情況下，連續(xù)進(jìn)行10天內(nèi)每天5個(gè)時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出50組數(shù)據(jù)。

將檢修治理后的50組記錄數(shù)據(jù)與檢修前的25組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，篩選出環(huán)境風(fēng)速、大氣干球和濕球溫度與檢修治理前相近的數(shù)據(jù)共有7組；再將這7組數(shù)據(jù)中凝汽器進(jìn)水溫度與檢修前對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)凝汽器進(jìn)水溫度較檢修前降低了3.33～3.62 ℃。

b.1號(hào)、3號(hào)機(jī)組冷卻塔出水溫度對(duì)比情況

機(jī)組檢修治理前，正常環(huán)境氣象條件下，連續(xù)進(jìn)行2天，并保持1號(hào)、3號(hào)機(jī)組冷卻塔的運(yùn)行狀態(tài)在相似情況下，各機(jī)組均在90 %額定負(fù)荷、純凝工況下連續(xù)運(yùn)行2 h后統(tǒng)計(jì)2個(gè)時(shí)段，發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組凝汽器平均進(jìn)水溫度較1號(hào)機(jī)組凝汽器平均進(jìn)水溫度高0.31 ℃。

3號(hào)機(jī)組檢修治理啟動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行7天后，采用同樣方法進(jìn)行對(duì)比性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組凝汽器平均進(jìn)水溫度較1號(hào)機(jī)組凝汽器平均進(jìn)水溫度低了3.23 ℃。

以1號(hào)機(jī)組為參照物進(jìn)行對(duì)比，可知3號(hào)機(jī)組檢修治理后凝汽器平均進(jìn)水溫度較檢修前降低了3.54 ℃。

通過(guò)上述對(duì)比分析，可知3號(hào)機(jī)組檢修治理后凝汽器平均進(jìn)水溫度較檢修前至少降低了3.33 ℃，即冷卻塔出水溫度降低了3.33 ℃。如扣除環(huán)境自然因素、機(jī)組主設(shè)備治理經(jīng)濟(jì)性因素影響，估算3號(hào)機(jī)組冷卻塔綜合治理后其出水溫度可降低1.50 ℃。

4.2.2 機(jī)組年效益

3號(hào)機(jī)組冷卻水溫度長(zhǎng)年高于設(shè)計(jì)值，最低月份時(shí)高于設(shè)計(jì)值0.9 ℃。

2013年3號(hào)機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間6 130 h，年平均負(fù)荷87.4 MW。廠全年累計(jì)發(fā)電標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)為615.23元/t。按冷卻水溫度降低1.50 ℃計(jì)，單機(jī)年可節(jié)約標(biāo)煤量為1.110×1.50×87.4×1 000×6 130/1 000/1 000≈892.044 t；年可節(jié)約資金為615.23×892.044/10 000=54.881萬(wàn)元。

4.2.3 投資回收期

3號(hào)機(jī)組冷卻塔綜合治理，設(shè)備投資3.70萬(wàn)元，人工費(fèi)用1.00萬(wàn)元，合計(jì)投資為4.70 萬(wàn)元。機(jī)組運(yùn)行1年可獲得利潤(rùn)為54.881-4.70=50.181萬(wàn)元。投資回收期為n=4.70×10 000/(615.23×1.110×1.50×87.4×1 000×24/1 000/1 000)≈22 d。

由此可知，正常情況下，機(jī)組運(yùn)行22天即可回收全部投資，以后將持續(xù)獲得凈收益。

4.3 社會(huì)綜合效益

冷卻塔出水溫度降低，使機(jī)組熱效率提高，降低了鍋爐燃煤量，相應(yīng)減少了大氣污染物和污水、灰渣的排放量，有利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)也減少了排污繳費(fèi)，降低了發(fā)電成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

冷卻塔綜合治理后收到了實(shí)效，降低了冷卻塔出水溫度，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗減排的目的；投資回收期短、收益快，具有一次投資多年受益的效果；兼有良好的社會(huì)效益，此后，1號(hào)機(jī)組將繼續(xù)推廣應(yīng)用，進(jìn)行冷卻塔的綜合治理工作。

[1] 李 青，張興營(yíng)，徐光照.火力發(fā)電廠生產(chǎn)指標(biāo)管理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2] 火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范：DL/T 5339-2006[S].

[3] 楊劍永，張 武.大型機(jī)組冷卻塔節(jié)能潛力分析[J].東北電力技術(shù)，2010，31(6)：1-5.

[4] 陳文奇，田寶剛，趙日超.冷卻塔的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行探索[J].東北電力技術(shù)，2007，28(11)：48-50.

[5] 趙振國(guó).冷卻塔[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

Analysis on Comprehensive Control Practices for Cooling Tower

SUN Xiaopeng1,CHEN Wenqi2,LIU Guojun1,MU Yan3

(1.Fushun Mining Co.,Ltd., Thermal Power Plant，F(xiàn)ushun，Liaoning 113000,China;2.China Resources Northeast Power Engineering Co.,Ltd.，Jinzhou，Liaoning 121000,China;3.Qinhuangdao Reach Technology Co.,Ltd.，Qinhuangdao，Hebei 066000,China)

This paper describes the operation status, determines the comprehensive treatment plan, implementation and evaluation manager effect of the unit 3 cooling tower of Fushun Mining Limited Company.It is a small investment, quick return, good manager comprehensive management of energy-saving projects and also worth being used for reference and application by other similar power plants.

cooling tower；comprehensive control；economic benefit

TB535

A

1004-7913(2017)01-0013-04

孫曉鵬(1972)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)營(yíng)管理工作。

2016-09-25)