文_曹榮 卻燕平 華電電力科學(xué)研究院有限公司

1 機(jī)組概況

某電廠3號(hào)機(jī)組容量330MW，汽輪機(jī)為北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司制造N330-17.75/540/540型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、雙排汽凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組配套的凝汽器為北京重型電機(jī)廠生產(chǎn)的N-17563-Ⅲ型單背壓、單殼體、單流程、表面式凝汽器。凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用冷卻塔循環(huán)冷卻方式，冷卻塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 冷卻塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)

冷卻塔采用單溝、單豎井進(jìn)水方式與內(nèi)、外圍配水系統(tǒng)。全塔的六個(gè)水槽（其中四個(gè)水槽布置成兩條雙層水槽）成十字形布置，以壓力管、槽聯(lián)合配水。全塔四分之一塔相對(duì)于十字軸線對(duì)稱布置。內(nèi)區(qū)面積約為全塔面積的40%，由兩個(gè)斷面為1000mm×1400mm的水槽供水，即由兩條雙層水槽中的上層水槽供水。外圍區(qū)面積為全塔面積的60%，接出四條主水槽，主水槽斷面為1000mm×1400mm的水槽和兩個(gè)1000mm×1500mm的水槽供水，即由兩條雙層水槽中的底層水槽和兩個(gè)單層水槽供水（圖1、圖 2）。

圖1 冷卻塔塔體結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)注圖

圖2 冷卻塔改造示意圖

由于3號(hào)塔運(yùn)行時(shí)間較長，冷卻效果下降明顯，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，部分填料坍塌，出現(xiàn)較多水柱，同時(shí)淋水填料結(jié)垢、老化嚴(yán)重，影響冷卻塔的通風(fēng)效果和冷卻效果，急需進(jìn)行大修改造。

2 改造前的試驗(yàn)及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證改造效果，大修改造前分別在3號(hào)機(jī)組單臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行（一機(jī)一泵）和兩臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行（一機(jī)兩泵）工況下，進(jìn)行冷卻塔熱力性能試驗(yàn)。試驗(yàn)工況變化范圍見表2。

表2 改造前試驗(yàn)工況變化范圍表

經(jīng)過對(duì)測試數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)3號(hào)塔其冷卻能力值為75.54%，在夏季頻率10%氣象條件下，3號(hào)塔計(jì)算出塔水溫為31.44℃，比設(shè)計(jì)出塔水溫30.68℃高0.76℃，嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)冷卻能力。

3 實(shí)施改造的主要內(nèi)容

大修期間，某電廠對(duì)3號(hào)冷卻塔專門進(jìn)行了升級(jí)改造，主要以新型“S”型梯波淋水填料和節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置更換老化的塔芯部件、損壞的配水管和噴頭，同時(shí)疏通堵塞的配水管和配水槽，使冷卻塔形成良好的配水條件和配風(fēng)條件，以達(dá)到良好的冷卻效果，降低機(jī)組運(yùn)行真空。

3.1 “S”型梯波淋水填料更換

淋水填料采用S波(圖3)，布置方式為兩層，高共1000mm，平均淋水密度為8.17t/（m2·h）。充分利用梯形斜坡的合理設(shè)計(jì)原則，同時(shí)增加水膜截流的次數(shù)，使水膜多次重分配且更趨于均勻，提高散熱效果，盡可能地降低填料安裝高度，達(dá)到節(jié)省工程投資的目的。增加豎向凸汶滯留波，提高水膜橫向擴(kuò)散能力，增強(qiáng)水氣擾動(dòng)，使在填料中水氣熱量交換更充分，同時(shí)使水膜下泄速度減緩，延長熱量交換時(shí)間，提高冷卻效果?！癝”型梯波淋水填料的水氣接觸面積大，特別是增大豎向面積增長率，流程長，橫向擴(kuò)散能力強(qiáng)，使水膜分布更均勻。

3.2 節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置更換

噴濺裝置是配水系統(tǒng)的主要組成部分，也是影響冷卻塔換熱效率的重要元件，改造前使用的噴頭在填料上存在無水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)，冷卻塔的換熱效率較低。通過更換的節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置如圖4，水流在壓頭的作用下通過噴濺裝置的導(dǎo)水錐體推動(dòng)濺水盤旋轉(zhuǎn)，提高換熱效果。節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置均用進(jìn)口ABS工程塑料，具有良好的物理力學(xué)性能和足夠的剛度，幾何形狀在65℃條件下不軟化變形，在-20℃條件下不脆裂，不破碎。節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置主要材質(zhì)性能見表3。

表3 噴濺裝置主要材質(zhì)性能

圖3 “S”型梯波淋水填料

圖4 節(jié)能旋轉(zhuǎn)型噴濺裝置

4 改造后的試驗(yàn)及結(jié)果分析

改造后專門對(duì)冷卻塔改造效果進(jìn)行了驗(yàn)證，分別單臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行（一機(jī)一泵）和兩臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行（一機(jī)兩泵）工況下，進(jìn)行冷卻塔熱力性能試驗(yàn)。試驗(yàn)工況變化范圍見表4。

表4 改造后試驗(yàn)工況變化范圍表

經(jīng)過對(duì)測試數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，改造后3號(hào)塔其冷卻能力值為111.85%，超過設(shè)計(jì)冷卻能力。在夏季頻率10%氣象條件下，3號(hào)塔計(jì)算出塔水溫為30.1℃，比設(shè)計(jì)出塔水溫30.68℃降低0.58℃?？梢?，3號(hào)塔在以后的運(yùn)行過程中應(yīng)及時(shí)更換老化的塔芯部件、損壞的配水管和噴頭，使冷卻塔形成較好的配水和配風(fēng)條件，以到達(dá)良好的冷卻效果。

5 冷卻塔改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

依據(jù)《火力發(fā)電廠生產(chǎn)指標(biāo)管理手冊(cè)》，循環(huán)水溫度變化1℃，影響熱耗變化0.3%～0.5%，本文按0.4%計(jì)算，改造后出塔水溫較設(shè)計(jì)值低0.58℃，改造前較設(shè)計(jì)值高0.76℃，實(shí)際降低出塔水溫1.34℃。

該電廠最近的整機(jī)熱效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表5）。

表5 3號(hào)機(jī)組的整機(jī)熱效率數(shù)據(jù)

結(jié)合表5可計(jì)算出機(jī)組的供電煤耗319.7g/kWh。則對(duì)冷卻塔進(jìn)行改造后可降低煤耗1.71g/kWh。以機(jī)組年運(yùn)行4000h計(jì)，標(biāo)煤價(jià)格取550元/t，可計(jì)算冷卻塔改造的年收益為124萬元，考慮本次冷卻塔的改造成本為200萬元，兩年內(nèi)就能收回投資成本。

6 結(jié)語

通過對(duì)冷卻塔優(yōu)化改造，冷卻能力由優(yōu)化前的75.54%提升到111.85%，超過設(shè)計(jì)值，出塔水溫由改造前的31.44℃下降至30.1℃，溫度下降1.34℃。

對(duì)3號(hào)塔進(jìn)行噴濺裝置、淋水填料的改造，可以實(shí)現(xiàn)降低煤耗1.71g/kWh，兩年內(nèi)即可收回投資成本。