機(jī)力塔消霧裝置影響能效分析

趙巍偉

摘 要：由于我廠城市電廠的屬性，為了避免機(jī)力塔飄出的白霧對(duì)城市景觀的影響，也為了消除周圍居民對(duì)白霧的誤解，需要在機(jī)力通風(fēng)冷卻塔上加裝消霧裝置。但消霧裝置的投入在一定程度上影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為了分析消霧裝置對(duì)機(jī)組效能的影響，該文先利用理論定性的分析消霧裝置的投入對(duì)機(jī)組能效影響原因，再采用試驗(yàn)的方式，對(duì)比消霧裝置投退前后對(duì)機(jī)組能效的影響程度。為我廠今后在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)之間做好權(quán)衡，根據(jù)實(shí)際需要投退消霧裝置做出了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：消霧裝置；循泵出口壓力；功率；真空；循環(huán)水流量

中圖分類號(hào)： P484 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 背景

在冬季以及梅雨季節(jié)，機(jī)力塔出風(fēng)口因風(fēng)機(jī)所抽取的冷空氣經(jīng)過(guò)冷卻塔內(nèi)部和水熱交換后變成了濕熱的飽和空氣，當(dāng)遇到外部冷空氣時(shí)水蒸汽迅速凝結(jié)而產(chǎn)生白霧，霧團(tuán)飄散影響了周邊居民及交通道路的可見(jiàn)度，造成視覺(jué)污染，破壞了城市的景觀，特別作為一家城市電廠，我們?cè)谧龊妹摿蛎撓醴缐m降噪等環(huán)保工作的同時(shí)，更好地減少機(jī)力塔霧汽對(duì)城市的影響。因此，機(jī)械通風(fēng)冷卻塔消除霧汽也顯得越來(lái)越重要。為此我廠每臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)均配備了消霧裝置（我廠循環(huán)水系統(tǒng)如圖1所示），但經(jīng)過(guò)正常運(yùn)行發(fā)現(xiàn)消霧裝置的投入在一定程度上影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為了在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)之間做好權(quán)衡，需要對(duì)消霧裝置投退前后的能效性進(jìn)行分析。

2 消霧原理

我廠冷卻塔消霧采用的是加熱型原理，通過(guò)在傳統(tǒng)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的基礎(chǔ)上增設(shè)消霧節(jié)水模塊，該模塊平鋪在機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的收水器上方。將循環(huán)水部分通入模塊管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水給填料出來(lái)的飽和濕空氣加熱變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，循環(huán)水降溫，此種方式產(chǎn)生的溫降不存在蒸發(fā)損失，相比傳統(tǒng)冷卻塔，具備一定的節(jié)水功能，從而實(shí)現(xiàn)消霧節(jié)水。消霧原理如圖2所示。

如圖2所示，圖中曲線為飽和空氣焓濕圖。常規(guī)冷卻塔，點(diǎn)“1”為環(huán)境空氣的狀態(tài)點(diǎn)，點(diǎn)“2”為機(jī)力塔消霧節(jié)水模塊不通循環(huán)水，填料出口濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，點(diǎn)“3”為一部分水經(jīng)過(guò)機(jī)力塔消霧節(jié)水模塊時(shí)，填料出口濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)?！?-1”線為出填料的飽和濕熱空氣“2”與環(huán)境冷空氣“1”混合的變化線，在焓濕圖下方，因此產(chǎn)生水霧。將循環(huán)水部分通入消霧節(jié)水模塊管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水給填料出來(lái)的飽和濕空氣加熱變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，即圖中的曲線“2-3”，此時(shí)再排出機(jī)力塔的濕空氣的變化曲線“3-1”在飽和空氣焓濕圖的上方，即不容易有羽霧產(chǎn)生，此為消霧的原理。

3 消霧能效分析

經(jīng)過(guò)多次投退消霧裝置試驗(yàn)，可以確定在一定溫度以上且一定濕度以下（具體數(shù)值受循環(huán)水溫度和壓力有關(guān)），消霧裝置的投入確實(shí)具有一定的除霧效果，但同時(shí)也對(duì)于整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生了影響。為了進(jìn)一步說(shuō)明消霧裝置對(duì)機(jī)組能效的影響，現(xiàn)從理論和試驗(yàn)2個(gè)方面進(jìn)行具體分析。

3.1 理論分析

在投入消霧裝置后，為了對(duì)填料出口的飽和濕熱空氣進(jìn)行升溫，使其變成不飽和濕空氣，一部分循環(huán)水要經(jīng)過(guò)消霧節(jié)水模塊，這增加了整個(gè)循環(huán)水管路的水阻，由于循泵是由工頻電機(jī)帶動(dòng)的，因此在不改變泵本身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，循泵的特性曲線是一定的，在增加循環(huán)水管道水阻時(shí)，泵的運(yùn)行工況點(diǎn)如圖3所示。

如圖3所示，曲線“1”是循泵本身的特性曲線，在消霧裝置投入之前，循環(huán)水管道的“H-qv”特性如曲線“2”，在投入消霧裝置之后，對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)整體而言，循環(huán)水管道的“H-qv”特性曲線發(fā)生了變化，由曲線“2”變?yōu)榍€“3”。因此循泵也由工況點(diǎn)A轉(zhuǎn)移至了工況點(diǎn)B。從循泵的“H-qv”曲線圖可知，由于循泵的工況點(diǎn)發(fā)生了變化，因此循環(huán)水的流量減少，同時(shí)循泵需要的揚(yáng)程增加了。這也是消霧裝置投退前后，循泵出口壓力升高的原因。由循泵的“P- qv”曲線圖“4”可以看出當(dāng)循泵的工況點(diǎn)由A轉(zhuǎn)移至B時(shí)，泵的功率增加了，這是泵本體的特性造成的，與是否連接電機(jī)變頻器無(wú)關(guān)。

此外，在機(jī)組負(fù)荷不變的前提下，由于循環(huán)水量減少，影響了汽輪機(jī)的排氣冷凝，因此影響了凝汽器真空，使相同參數(shù)、相同流量的蒸汽焓降減少，使蒸汽做功降低。同時(shí)，由于循環(huán)水量減少，使循環(huán)水的溫度上升。但是機(jī)力塔循環(huán)水的冷卻能力不會(huì)因?yàn)檠h(huán)水流量降低而提高。因此造成進(jìn)凝汽器的循環(huán)水溫度升高，從而進(jìn)一步地影響了凝汽器的真空，影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 試驗(yàn)分析

由于機(jī)組運(yùn)行期間投入了AGC，運(yùn)行人員無(wú)法正常干預(yù)機(jī)組的總負(fù)荷，無(wú)法為試驗(yàn)提供合適的機(jī)組工況。因此選擇在#1機(jī)組近期工況中的環(huán)境、溫度、電廠負(fù)荷，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.3 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)工況條件為：環(huán)境溫度8 ℃、濕度40 %、大氣壓力1 024 mbar。

消霧電動(dòng)門A打開(kāi)，消霧電動(dòng)門B關(guān)閉，消霧電動(dòng)調(diào)門C全開(kāi)，機(jī)力塔進(jìn)水電動(dòng)調(diào)門開(kāi)度為30 %。試驗(yàn)期間各調(diào)門開(kāi)度保持不變。

#1機(jī)組AGC投入運(yùn)行，試驗(yàn)期間AGC指令不變?yōu)?24 MW，燃機(jī)157.3 MW，汽機(jī)66.7 MW。#1機(jī)組由一臺(tái)循泵提供循環(huán)水，期間未增開(kāi)備用循泵以及機(jī)組其他輔機(jī)。試驗(yàn)期間無(wú)設(shè)備異常狀況以及循環(huán)水系統(tǒng)的跑冒滴漏現(xiàn)象?，F(xiàn)將投退消霧裝置所影響設(shè)備的參數(shù)變化進(jìn)行列表，見(jiàn)表1。

4 結(jié)果分析

（1）在投入消霧裝置前后，真空下降了0.350 kPa，根據(jù)當(dāng)前的汽輪機(jī)在#1機(jī)組滿負(fù)荷工況下運(yùn)行，造成汽輪機(jī)減少功率0.4 MW（在增加的燃機(jī)功率的同時(shí)汽機(jī)功率也在增加，因此此數(shù)值是個(gè)估值），由于機(jī)組AGC的投入，機(jī)組總負(fù)荷一定，因此汽輪機(jī)少發(fā)的功率需要由燃機(jī)來(lái)補(bǔ)充。因此在機(jī)組總負(fù)荷不變的情況下，造成天然氣多消耗85 Nm3/h（估算），由于天然氣熱值的不同，因此天然氣的耗氣量也會(huì)有所差別。

（2）在投入消霧裝置后，循泵的出力確實(shí)增加了。電流由58.040 A增加到59.387 A（試驗(yàn)期間6 kV母線電壓未發(fā)生波動(dòng)影響），循泵功率由283.766 kW增加到292.376 kW。功率提高了8.61 kW，造成了廠用電的增加。

（3）近期投退消霧裝置，通過(guò)一段時(shí)間觀察發(fā)現(xiàn)，在低溫或者高濕環(huán)境下，消霧裝置的投入對(duì)于減少機(jī)力塔的霧氣的效果并不明顯。不但起不到很好的消霧作用，而且增加了天然氣的消耗和廠用電量。

5 結(jié)論

加熱型機(jī)力塔消霧裝置的投入在一定的環(huán)境條件下，可以滿足城市電廠的除霧要求，但消霧裝置的投入會(huì)造成循泵出力的增加，同時(shí)也減少了循環(huán)水的流量，降低了凝汽器的凝氣效果，使凝汽器真空受到一定的影響，使汽輪機(jī)做功能力下降。同時(shí)，由于機(jī)力塔消霧的原理使機(jī)力塔內(nèi)循環(huán)水的溫度升高，進(jìn)一步影響了凝汽器的真空，從而造成了汽輪機(jī)效率的降低，進(jìn)而影響了整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。此外，在低溫或者高濕度環(huán)境下，消霧裝置的投入不但對(duì)消霧起不到明顯的效果，而且增加了天然氣和廠用電量的消耗。

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