逆流式冷卻塔改造技術分析與探討

宋冰騰

摘要：新時期經(jīng)濟發(fā)展下，節(jié)能環(huán)保技術的應用范圍不斷擴大，汽輪機運行中逆流式冷卻塔發(fā)揮著重要作用，對冷卻塔進行改造技術能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的效果?；诖宋恼聦δ媪魇嚼鋮s塔改造技術展開探討。

關鍵詞：冷卻塔;改造技術;逆流式;汽輪機

引言

節(jié)能減排是我國現(xiàn)階段的一個重要的基本國策，要以科學發(fā)展觀為指向推動其市場化改革，來改善我國的生態(tài)環(huán)境和資源開發(fā)的經(jīng)濟補償體系，并且把我國經(jīng)濟發(fā)展的激勵機制轉(zhuǎn)變到鼓勵研發(fā)和自主創(chuàng)新上來，轉(zhuǎn)變到鼓勵節(jié)能減排降耗上來，轉(zhuǎn)變到鼓勵降低成本、提高效率、提高經(jīng)濟總要素生產(chǎn)率增長的方向上來。因此，冷卻塔風機節(jié)能技改對于熱電、石化、煤化工等企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益、節(jié)能環(huán)保等具有重要意義。

1冷卻塔改造的重要性

冷卻塔是汽輪機組的重要輔機設備，冷卻塔節(jié)能改造是當前電廠節(jié)能工作的重點。隨著填料波形的改進和噴濺裝置的優(yōu)化，且在機組冷卻塔運行年限較長、熱力性能下降、噴頭配水管堵塞的情況下，冷卻塔改造成為電廠節(jié)能降耗的重要切入點。但對于一些塔芯部件保持較完整的機組，并不需要過大的投入進行全部塔芯部件的更換，而是通過部分部件的更換及修復就能獲得明顯的節(jié)能效果。在實際改造中，缺少對冷卻塔節(jié)能改造必要性的研究，在不清楚冷卻塔實際運行狀態(tài)的情況下盲目決策，改造后甚至由于噴濺裝置的選擇和填料布置方式不合理會導致冷卻塔的冷卻效果下降，造成不必要的經(jīng)濟及材料的浪費，還會影響機組的經(jīng)濟性。

2逆流式冷卻塔的工作原理

逆流式冷卻塔將冷媒置于一個干凈的封閉回路中，將冷卻塔和熱交換器的功能集于一個系統(tǒng)，這些都帶來優(yōu)越的運行性能和維護的便利性。逆流式冷卻塔由盤管、風機、噴淋水泵、配水盆、集水盆、排污管、溢水管、填料、進風百葉、補水裝置等組成。逆流式冷卻塔包括內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)和外循環(huán)水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)。內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)：盤管內(nèi)被冷卻后的循環(huán)水從塔體流出，由系統(tǒng)循環(huán)水泵送往空調(diào)機組冷凝器，經(jīng)過升溫后的循環(huán)水再進入盤管冷卻。外循環(huán)水系統(tǒng)：外部噴淋水通過與盤管、填料接觸換熱達到冷卻盤管內(nèi)部循環(huán)水的目的后，落入下部集水盆，由噴淋水泵送至配水盆再次循環(huán)。內(nèi)循環(huán)被冷卻水通過盤管與管外噴淋水和空氣進行熱交換，避免了被冷卻水與空氣直接接觸而導致的水質(zhì)污染[1]。

3逆流式冷卻塔改造技術措施

3.1噴槍的設計與控制系統(tǒng)

水和壓縮空氣在噴槍中預混合，再由噴嘴噴入焙燒煙氣中，霧化噴嘴的位置應在冷卻塔圓心，避免煙氣與噴頭的直接接觸造成噴頭的堵塞，設計噴嘴與煙氣方向為順流方向（由上至下），噴嘴與噴槍連接處設置傘帽保護噴嘴。PID控制器將數(shù)值與預先設置的數(shù)值進行比較，根據(jù)差值發(fā)出指令，激活繼電器控制霧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)煙氣的溫度。當煙氣流經(jīng)冷卻塔出口時，溫度傳感器將檢測到的值反饋到控制器中實現(xiàn)對煙氣溫度的閉環(huán)控制，原溫度控制系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)需要，技改中對PID參數(shù)重新進行了核對。

3.2逆流式冷卻塔運行自動控制

逆流式冷卻塔自帶的盤管、集水盆供夏季和過渡季節(jié)使用，冬季運行時切換到集水箱內(nèi)的盤管換熱器，同時將逆流式冷卻塔自帶盤管中的水排空并用氮氣吹掃。逆流式冷卻塔控制采用的是集中分散式控制系統(tǒng)，現(xiàn)場控制器選用PLC控制器?？刂乒裆显O遠程/就地選擇旋鈕和手動啟停按鈕，遠程狀態(tài)由控制器自動控制，就地狀態(tài)手動控制啟停，便于檢修時使用，就地控制優(yōu)先。冬季運行時根據(jù)循環(huán)冷卻水回水溫度、集水箱內(nèi)水溫控制噴淋循環(huán)泵和風機的啟停。為防止冷卻塔結冰，可適當提高循環(huán)冷卻水回水溫度，當循環(huán)冷卻水回水溫度高于22℃時開啟噴淋循環(huán)泵和風機，循環(huán)冷卻水回水溫度低于15℃或者集水箱內(nèi)水溫低于5℃時停止噴淋循環(huán)泵和風機運行。風機可以遠程控制轉(zhuǎn)向，反向運轉(zhuǎn)用來除冰。冬季運行時如果逆流式冷卻塔進風百葉上結冰過多，停止運轉(zhuǎn)風機幾分鐘，百葉附近的水流就會加快，減少冰的形成。在持續(xù)極度低溫情況下，可將風機反向運轉(zhuǎn)，使熱空氣吹過百葉，融化積冰。反轉(zhuǎn)風機的時間控制在1～2分鐘，化冰時進行監(jiān)控以決定化冰時間。冷卻塔風機加裝霍爾傳感器監(jiān)測風機轉(zhuǎn)速[2]。

3.3填料布置優(yōu)化

為提高冷卻塔的冷卻效果，常結合冷卻塔的填料斷面過風情況，對填料的布置方案進行優(yōu)化。超大塔研究表明：由于超大型高位收水冷卻塔沒有雨區(qū)，進風口較高，高位塔內(nèi)填料斷面風速分布比較均勻;而常規(guī)塔中心風速較低，風速最大的地方在相對半徑0.9處，在塔殼附近風速較低。常采用的填料布置優(yōu)化方案包括：降低塔中心區(qū)填料高度或增加外區(qū)的填料高度，以減小內(nèi)區(qū)的氣流阻力，使配風更為均勻。根據(jù)高位塔的斷面風速分布規(guī)律，基于填料高度1.5m均勻布置的基準方案，增加一個填料不等高布置的比選方案，即將外區(qū)填料高度增加至2.0m，并采用數(shù)值模擬手段，對兩種方案進行比較。數(shù)值模擬結果表明：在全年平均氣象條件下，比選方案（填料不等高布置）的出塔水溫較基準方案（填料均勻布置）的出塔水溫改善不大（約降低0.08℃）。這主要是由于填料高度增加后，雖增加了散熱能力，但也增加了系統(tǒng)阻力，降低了塔內(nèi)的通風量，因此總體冷卻效果并不十分理想，同時還增大了整體投資?？紤]到高位塔沒有雨區(qū)，填料斷面風速分布比較均勻，選取工程填料最終采用均勻布置方式[3]。

3.4冷卻塔淋水填料主要有非等高布置和不等間距布置

第一，由于外圍填料高度增加，為了能有足夠的霧化距離，必須提高配水管的高度，保證足夠的壓力使噴頭配水均勻。豎井水位需要提高，導致配用的循環(huán)水泵揚程升高，廠用電率增大。第二，淋水填料頂部高度不同，導致噴濺裝置底部與淋水填料頂部的距離在整個淋水面積上不一致，影響噴濺的均勻性。淋水填料不等間距布置方式是將填料層分成不同的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的填料間距不一致，靠近冷卻塔豎井的淋水填料片間距最大，冷卻塔進風口最邊緣的淋水填料片間距最小。進風口邊緣進塔空氣流速較高和相對濕度較小，換熱能力強;而冷卻塔靠近豎井的區(qū)域由于雨區(qū)阻力的影響流速較小且相對濕度增加，該區(qū)域換熱能力差。為了更好地適應這個情況，在外圍采用換熱能力強的小間距，強化換熱能力，有效降低出塔水溫。同時，通過這種分區(qū)換熱，能合理調(diào)整氣水比。噴濺裝置主要是采用噴淋半徑更大和噴灑均勻的高效噴濺裝置，并優(yōu)化內(nèi)外圍噴濺裝置的管徑，使配水更加均勻，同時也使冷卻塔在單臺循泵高速供水時能全塔配水，有利于在不犧牲機組真空的條件下降低廠用電率。

3.5U型集水槽布置優(yōu)化

高位塔U型集水槽由多組槽段組合而成，根據(jù)以往工程的經(jīng)驗，每組槽段的槽底坡度i值可以相同，也可不同，槽段內(nèi)的水流速度設計范圍為0.5～1.5m/s，同時U型集水槽水面線至玻璃鋼集水槽頂部至少考慮300mm的安全高度。根據(jù)以上要求，通過集水槽水面線計算軟件計算，確定選取工程集水槽安裝槽底坡度約為0.008，坡向塔中央混凝土集水槽。

結語

綜上所述，現(xiàn)階段，我國熱電、石化、煤化工等企業(yè)中循環(huán)水冷卻塔風機大多由電機驅(qū)動，適時將其改造為水能機驅(qū)動（尤其是帶動力補償裝置的水能機，可大大拓展本節(jié)能技術的適用范圍），可節(jié)省大量電能，積極開展汽輪機冷卻塔改造是當前汽輪機節(jié)能減排的重要舉措。

參考文獻

[1]胡谷慶.循環(huán)水冷卻塔風機故障原因及改造探討[J].設備管理與維修，2019（06）：108-109.

[2]王海平.循環(huán)水冷卻塔技術改造[J].化工管理，2019（01）：82-83.

[3]丁海麗，李文娜.330MW機組冷卻塔節(jié)能改造分析[J].寧夏電力，2018（05）：65-69.