循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行淺析

張鈞臣 王秀杰 邢書寶

摘要：分析循環(huán)冷卻水系統(tǒng)影響汽輪機(jī)凝汽器正常運行的因素，以及公司冷卻塔填料更換后循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)迅速惡化的原因，提出相應(yīng)的解決方案，確保凝汽器換熱效率，提高機(jī)組運行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：冷卻水 運行

引言

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，主要由凝汽器、循環(huán)水池、冷卻塔、循環(huán)水泵、加藥系統(tǒng)及管道和閥門等組成。其中，凝汽器和冷卻塔是對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)正常運行影響最大的設(shè)備和裝置。

凝汽器分表面式和接觸式凝汽器，大部分中小型電廠機(jī)組的凝汽器系統(tǒng)采用表面式凝汽器，表面式凝汽器的換熱通過冷凝管進(jìn)行，管程內(nèi)為流動的循環(huán)冷卻水，凝汽器殼程內(nèi)主要為汽輪機(jī)尾部做功之后的蒸汽。冷卻塔按照介質(zhì)流動方向分為橫流式、逆流式和混流式，按照形狀分為圓形冷卻塔和方形冷卻塔，按照通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)冷卻塔、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和混合通風(fēng)冷卻塔。

循環(huán)水系統(tǒng)對于汽輪機(jī)運行有著直接的影響，循環(huán)冷卻水的溫度、水質(zhì)等作為電廠日常運行中監(jiān)控的主要技術(shù)參數(shù)，影響著凝汽器的換熱效率，凝汽器換熱效率的高低直接關(guān)系著凝汽器真空度、端差等重要汽輪機(jī)參數(shù)。

1、 循環(huán)冷卻水溫度的影響

循環(huán)冷卻水流經(jīng)凝汽器銅管過程中，與汽輪機(jī)尾部排汽經(jīng)銅管進(jìn)行熱交換，熱交換的過程使得汽輪機(jī)尾部排汽凝結(jié)成凝結(jié)水，體積急劇下降，從而形成一定真空。凝汽器銅管中熱交換的熱量值由水的比熱容、流過銅管的水的質(zhì)量以及凝汽器進(jìn)出口水溫差決定。通常情況下，汽輪機(jī)凝汽器設(shè)計循環(huán)冷卻水運行溫度宜為27～33℃。在此溫度區(qū)間內(nèi)，水溫越低，凝汽器換熱效果越好，凝汽器真空度越高，汽輪機(jī)端差越低，汽輪機(jī)汽耗率越低，根據(jù)研究統(tǒng)計證實，汽輪機(jī)端差每降低1℃，電廠燃料消耗平均降低0.5%。

循環(huán)冷卻水水溫更低的情況下，凝汽器凝汽器換熱效率升高，真空度變大，但是隨著循環(huán)冷卻水水溫的降低，凝汽器端差升高，容易造成凝汽器設(shè)備漲差超標(biāo)，導(dǎo)致凝汽器設(shè)備外殼發(fā)生裂紋、變形甚至損壞，影響汽輪機(jī)的安全運行。

循環(huán)冷卻水水溫超過33℃的情況下，凝汽器換熱效率變低，真空度變小，凝汽器端差升高，汽輪機(jī)汽耗率升高，汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性變差。

凝汽器管程中經(jīng)過熱交換后的循環(huán)冷卻水利用冷卻塔進(jìn)行冷卻，公司冷卻塔采用自然通風(fēng)逆流式冷卻塔的形式，冷卻塔的填料使用的竹格填料，填料總體積為2000m3，冷卻面積為1500m2，散質(zhì)系數(shù)約為0.79kg/（m3.S）。采用逆流式冷卻塔熱力計算公式K.Ka.V/Q= 進(jìn)行擬合計算，公式右側(cè)采用辛普森近似積分法進(jìn)行計算，可以計算出各種條件下涼水塔冷卻后的水溫，給冷卻水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行提供指導(dǎo)。

分析上文逆流式冷卻塔熱力計算公式可知，影響冷卻塔散熱效果的因素較多，包括冷卻水流量、冷卻塔填料體積、空氣的干球溫度、氣水比等。冷卻水流量、冷卻塔填料體積、氣水比等參數(shù)與電廠冷卻水系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)，除進(jìn)行改造外，基本無法進(jìn)行參數(shù)提升;空氣的干球溫度則與當(dāng)?shù)靥鞖庥嘘P(guān)，無法人為調(diào)節(jié)。

現(xiàn)階段條件下，電廠為提高汽輪機(jī)真空度和熱效率，最有效的方式是提高凝汽器換熱效果。

2、 循環(huán)冷卻水水質(zhì)的影響

公司循環(huán)冷卻水系統(tǒng)屬于間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水日常檢測的主要技術(shù)參數(shù)包括濁度、硬度、PH值、濃縮倍率等。

影響循環(huán)冷卻水水質(zhì)的因素主要包括泥沙、膠體、藻類、生物黏泥等，為有效控制循環(huán)冷卻水水質(zhì)，通常需要對循環(huán)冷卻水進(jìn)行處理，常見的處理方法有化學(xué)處理法和物理處理法。

化學(xué)處理法即為向循環(huán)冷卻水內(nèi)投加化學(xué)處理藥劑，用來控制循環(huán)冷卻水內(nèi)水質(zhì)的方法?；瘜W(xué)處理法主要是針對循環(huán)冷卻水的硬度、PH值等參數(shù)的處理方法，經(jīng)常采用的化學(xué)藥劑包括硫酸、殺菌劑等。硫酸的主要作用是為了降低循環(huán)冷卻水的硬度，殺菌劑主要用于殺死循環(huán)冷卻水中的藻類和微生物，防止藻類和微生物的大面積生長導(dǎo)致生物黏泥量在凝汽器換熱管處沉積導(dǎo)致凝汽器換熱效率變低，同時生物黏泥中附帶大量的微生物，在凝汽器換熱管壁上沉積后由于微生物分泌粘液大多呈酸性，很容易造成凝汽器換熱管的管壁腐蝕。阻垢緩蝕劑由有機(jī)膦、優(yōu)良共聚物及銅緩蝕劑等組成，對碳鋼、銅及銅合金都具有優(yōu)良緩蝕性能，對碳酸鈣、磷酸鈣有卓越的阻垢分散性能，能夠有效阻止凝汽器換熱管管壁結(jié)垢。

物理處理法指采用沉淀、過濾等方式去除水中懸浮雜質(zhì)的方法。是針對循環(huán)冷卻水的濁度參數(shù)進(jìn)行的處理方法。影響循環(huán)冷卻水濁度的因素主要包括循環(huán)冷卻水補(bǔ)水中的泥沙和循環(huán)冷卻水中生物黏泥量，針對循環(huán)冷卻水補(bǔ)水中的泥沙、膠體類物質(zhì)通常采用物理處理法和化學(xué)處理法結(jié)合的方式進(jìn)行處理，利用一體化凈水設(shè)備投加PAC和PAM進(jìn)行絮凝沉淀的工藝進(jìn)行去除水中的膠體類物質(zhì)，對于泥沙采用石英砂、無煙煤進(jìn)行過濾的方法進(jìn)行去除。

膠球清洗系統(tǒng)作為重要的汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)，能夠有效去除輕微的凝汽器換熱管壁結(jié)垢和黏泥附著，因此，做好膠球清洗系統(tǒng)的檢修維護(hù)，定期進(jìn)行收球試驗，能夠有效保障膠球清洗系統(tǒng)運行，提高凝汽器的換熱效率。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，誕生了利用紫外線進(jìn)行殺菌的循環(huán)冷卻水處理工藝，由于紫外線殺菌不向循環(huán)冷卻水中投加化學(xué)藥劑，無副總用，因此下一步有替代殺菌劑進(jìn)行循環(huán)冷卻水殺菌滅藻的趨勢，但投資成本較高。

3、 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)故障

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的故障包括菌藻生長導(dǎo)致的生物黏泥在凝汽器換熱管部位沉積、凝汽器換熱管結(jié)垢、凝汽器換熱管的腐蝕等。

2019年9月，公司機(jī)組檢修期間對冷卻塔進(jìn)行了竹格填料的更換，竹格填料使用南方寬度5cm、厚度7-10mm的毛竹片進(jìn)行制作，毛竹選用生長5年以上的優(yōu)質(zhì)新竹。填料更換完成系統(tǒng)運行一段事件后，汽輪機(jī)運行人員發(fā)現(xiàn)2臺汽輪機(jī)排汽溫度和端差不斷逐漸升高，汽輪機(jī)汽耗率明顯偏大，技術(shù)人員經(jīng)過分析認(rèn)為凝汽器換熱效率降低，現(xiàn)場檢查循環(huán)水池內(nèi)循環(huán)冷卻水和冷卻塔內(nèi)竹制收水器，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水池濾網(wǎng)上積滿了藻類物質(zhì)，收水器內(nèi)側(cè)出現(xiàn)大量的青白色菌狀物和粘結(jié)物，水池內(nèi)含有大量白色的菌絲體。分析認(rèn)為汽輪機(jī)凝汽器換熱效率降低是由藻類和菌類微生物大規(guī)模生長導(dǎo)致的生物黏泥在換熱管壁沉積甚至堵塞換熱管引起的，藻類和菌類微生物的生長主要是因新竹內(nèi)含有大量有機(jī)養(yǎng)分且冷卻塔內(nèi)收水器位置提供了藻類和菌類微生物適宜生長的的環(huán)境溫度，大約在30℃-40℃之間。

為解決這一問題，我們采取交替投加氧化性和非氧化性殺菌劑的方式進(jìn)行殺菌滅藻，而且投加量在正常運行基礎(chǔ)上增加一倍，經(jīng)過連續(xù)一周的沖擊性交替投加殺菌后，凝汽器換熱效果有所提高，之后我們采用投加黏泥剝離劑的方式去除凝汽器換熱管壁附著的黏泥，汽輪機(jī)端差由最高時的18℃降至13℃，滿足機(jī)組帶負(fù)荷的需要，直至下次檢修期對2臺機(jī)組凝汽器進(jìn)行高壓水清洗。

參考文獻(xiàn)

【1】 蔡銀鎖，賈少磊 紫外線殺菌技術(shù)在煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用，《工業(yè)用水與廢水》2013年第3期。

【2】 朱航科 工業(yè)循環(huán)冷卻水問題分析與對策，《生態(tài)環(huán)境與保護(hù)》2019年2月第2卷第2期。