王 浩，王 勇，王鸿儒

（1.西安热工研究院有限公司，陕西西安710032；2.大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州521000）

浅析冷却塔节能改造的关键技术与应用

王 浩1，王 勇1，王鸿儒2

（1.西安热工研究院有限公司，陕西西安710032；2.大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州521000）

鉴于冷却塔热力性能优劣对火电机组经济性影响的重要性，结合冷却塔的运行和工程改造经验，在冷却塔数值计算和性能试验的成果基础上，对影响冷却塔热力性能的因素进行分析，剖析导致冷却塔性能下降的原因。借鉴国内、外先进技术，研究并总结了冷却塔节能改造的关键技术，为冷却塔的节能和改造提供技术支撑。

冷却塔；节能；改造；关键技术；计算；热力性能；效率；应用

0 概 述

冷却塔是循环供水冷却机组重要的辅助设备之一，其热力性能的优劣，直接影响电厂的经济性。近年来，部分电厂忽略了对冷却塔的维护工作，对冷却塔的改造资金投入不足，导致冷却塔的冷却性能下降。冷却塔出水的温度较高，降低了凝汽器的真空度，影响机组的运行效率。因此，加强监控冷却塔的运行状态，定期进行维护及性能测试，掌握冷却塔实际运行时的热力性能，适时进行节能改造，有利于降低冷却塔的出塔水温，提高机组的真空度，达到机组经济运行的目的。

1 出塔水温对经济性影响［1］

对于循环供水冷却机组而言，除了气候和环境因素的影响外，冷却塔热力性能的好坏，直接影响了电厂的经济运行。当汽轮机排汽量一定时，冷却塔的出塔水温，直接影响汽轮机的排汽压力和循环热效率。根据火电厂热力系统变工况计算方法，核算冷却水的温度变化。当水温升高1℃，在不同循环水温度、不同泵组的运行方式下，对机组发电煤耗的影响曲线，如图1所示。由图1可知，冷却塔的出塔水温越高，对机组运行经济性的影响程度越大。在循环水泵一机两泵的运行状态下，冷却塔的出塔水温为30℃时，出塔水温每升高1℃，机组的发电煤耗将升高0.9 g·（k W·h）-1。

图1 出塔水温升高1℃对发电煤耗影响/g·（kW·h）-1

2 影响冷却塔热力性能的因素［2］

2.1 设备性能差

通常情况下，火电厂的设备招标采用低价中标方式，设备中每立方米的塔芯部件（淋水填料、托架、喷溅装置以及除水器）的中标价格为350～400元。部分厂家塔芯材料的碳酸钙比例较高，或添加了部分回料等，以降压成本价格，确保中标。这种现象造成了塔芯部件的质量较差，设备的热力性能也无法保证。常见的问题是填料的载荷强度和拉伸强度一般，变形严重、易碎或密度不合格，还有片间距过大，实际冷却面积小（片数少），还有喷溅装置的旋溅半径小，喷溅装置雾化效果差等现象。这些因素均导致冷却塔的热力性能下降，出塔的水温高。严重时，还造成迎峰度夏期间机组长期处于低真空运行状态。

2.2 设计水平低

早期冷却塔的设计水平较低，主要表现在几个方面。

（1）冷却面积小

冷却塔的冷却面积，需根据冷却塔的热负荷和当地气象条件进行耦合设计，当300 MW机组冷却塔的面积小于4 000～4 500 m2，600 MW机组冷却塔面积小于6 500～7 000 m2，应适当增容或进行改造方面的可行性研究。

（2）填料波形落后

早期冷却塔填料的波形落后，通常采用正弦波或斜波等形状，其水膜横向扩散的能力差，水-气扰动效果一般，水膜的流速较快，造成填料中水-气热质交换效果差。

（3）喷溅装置的数量少

早期设计的冷却塔喷溅装置数量少，300 MW机组一般在3 000～3 500个，600MW机组一般在5 500～6 000个，冷却塔外围配水区的喷溅装置间距为1.1～1.2 m。

（4）喷溅装置的性能落后

早期冷却塔喷溅装置选型为反射Ⅰ型、固定溅蝶式、多层流式、TPⅠ型等，其工作水头较大，且适应性一般，喷散水滴较大，常发现有伞膜中空现象。另外，喷溅的半径较小，相邻喷溅装置之间的距离大，造成喷溅装置之间的中空现象严重。

2.3 塔芯材料老化

火电厂冷却塔塔芯材料正常服役期限应在10年以上，但由于低价中标、产品质量参差不齐、冷却塔监督和维护不当等，造成冷却塔运行5～6年以后塔芯材料出现老化现象，主要表现在：

（1）配风不均匀

冷却塔部分填料变形、破损；喷溅装置堵塞、脱落；配水管开裂；托架损坏等。由于自然风的动力特性，易向阻力小的区域流动，造成冷却塔全塔配风严重不均匀，严重时影响冷却塔出塔水温0.5～1.0℃。

（2）配水不均匀

因冷却塔的部分填料变形或破损，喷溅装置堵塞及脱落等情况，造成冷却塔全塔的配水不均匀。另外，还有冷却塔配水与空气动力场不匹配，虹吸配水冷却塔配水的效果差等现象。

（3）填料表面脏

部分电厂冷却塔距煤场、灰库较近，对循环水的水质有一定影响，造成淋水填料之间形成一层薄膜状的淤泥或垢类，不利于循环水在填料表面形成薄膜，且增加了填料区域的通风阻力，造成冷却塔热力性能降低。通常情况下，填料较薄，且强度较低，不能采用高压水清洗的方法清除积垢。

对现场进行考察，部分冷却塔内部的实物图，如图2所示。

图2 部分冷却塔的内部状况

2.4 其他因素

有些冷却塔改造不久，但其热力性能没有得到提高，主要原因是改造方案不合理，低价中标的塔芯材料质量差，施工质量有缺陷等。

3 冷却塔节能改造关键技术［3］

3.1 填料的非等高布置

在冷却塔的传热区域，外区空气的流速较大，内区空气的流速较低，填料区的温度呈外低内高分布。为强化塔内的换热能力，根据外区、内区温度场的分布状况，合理增大外区填料的厚度，减小内区填料厚度，即填料为非等高布置，可有效利用外区、内区上升空气的吸热吸湿能力，使得外区、内区循环水均能达到充分冷却。填料的非等高布置形式，如图3所示。

图3 冷却塔水面水温场及非等高布置图

3.2 填料非等片距布置

如原塔设计条件无法改造成填料的非等高布置，亦可通过优化设计，改造成填料的非等片距布置，即在一定通风阻力情况下，考虑防止杂物堵塞等问题，依据冷却塔温度场和空气动力场的分布情况，合理调整填料波间距，使得填料中水气热质交换更充分，提高单位体积填料的冷却效果。填料的非等片距布置形式，如图4所示。

图4 冷却塔填料非等片距布置图

3.3 冷却面积增容

根据喷溅装置与淋水填料顶部之间的距离，在满足喷溅装置雾化的前提下，并考虑严寒地区冬季冰载和循环水水质较差地区填料防堵等问题基础上，依据冷却塔温度场和空气动力场分布情况，合理增加填料组装高度。通过对冷却塔全面节能提效的改造，填料面积可增容8%～15%。

3.4 配水优化

部分冷却塔存在内区喷淋水量大、外区喷淋水量较小的问题，改造冷却塔时，应依据冷却塔温度场和空气动力场分布情况，对内、外区喷溅装置重新进行优化布置，调整冷却塔的淋水密度，使水流分配更加均匀，增加同等淋水量的换热面积，有利于改善冷却塔的换热效果。

3.5 喷溅装置数量优化

在保证冷却塔基础强度不变、配水均匀等前提下，对槽式配水冷却塔，可通过增加喷溅装置数量（可增加原总数量的5%～10%），达到优于原冷却塔热力性能的目的。

3.6 塔芯材料组合优化

通过对冷却塔全面热力计算和试验测试，对多种填料波形（双斜波、斜折波、S波、斜波）、波间距（22～32 mm）、片数（55～100片）；托架（插销式、套管式、铸铁）；除水器等组合优化，使冷却塔性能达到最佳，各种塔芯材料和喷溅装置，如图5、图6所示。

图5 冷却塔不同波形填料

图6 冷却塔不同喷溅装置

4 冷却塔节能改造工程应用

对原冷却塔进行热力性能试验和三维数值计算后，得到冷却塔最佳温度场和空气动力场，查明导致冷却塔性能下降的主要环节，对塔芯材料进行优化选型，采用填料的非等高布置和填料非等间距布置，最终确定冷却塔节能提效的改造方案。运行结果证明，冷却塔改造后，出塔水温可下降1.0～2.0℃，部分性能差的冷却塔，改造后的出塔水温可下降2.0℃以上，发电煤耗可下降1.0～2.0 g/（k W·h）。对冷却塔节能改造的具体案例，如表1所示。

表1 冷却塔节能改造案例

5 结 语

基于冷却塔热力性能试验和数值计算的研究成果，结合多台冷却塔工程改造的经验，分析了导致冷却塔热力性能变差的各项因素，研究并总结了冷却塔改造的关键技术。实践证明，对冷却塔技术改造后，降低了出塔水温。冷却塔节能改造项目的投资小、收益高、周期短，是火电厂节能降耗的有效途径之一。

［1］于新颖.凝汽器运行参数对其性能的影响分析［J］.电站辅机，2002，（3）：36-39.

［2］能源部西安热工研究所.热工技术手册［R］.1991，（3）：361-398.

［3］F.Merkel.Vesdunstrung Skuhlung.VD1，Forschungsh，No. 275，1925.

简讯

我国已有22台核电机组投入商业运行

日前，中国核能行业协会发布的2014年第四季度核电运行情况显示，各核电厂严格控制机组的运行风险，继续保持机组安全稳定地运行。

数据显示，至2014年底，我国累计发电量为13883.2亿千瓦时，核电累计发电量为368.96亿千瓦时，约占全国累计发电量的2.66%。2014年第四季度核发电量比三季度下降了2.01%，比2013年同期上升了22.15%。累计上网电量为346.41亿千瓦时，比2014年三季度下降了2. 08%，比2013年同期上升了22.25%。截至2014年底，我国投入商业运行的核电机组共22台。

摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部《信息简讯》第196期

Analysis on Key Technology and Application of Cooling Tower Energy-saving Transformation

WANG Hao1，WANG Yong1，WANG Hong-ru2
（1.Xi'an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.Xi'an 710032，Shaanxi，China；2.Da Tang International Chao Zhou Power Generation Co.，Ltd.Chao Zhou 521000，Guangdong，China）

In view of cooling tower thermal performance's importance for economy influence of thermal power unit，this paper combines actual operation of the cooling tower with the engineering experience.On the basis of the cooling tower numerical calculation and performance test results，the paper analyzes the various factors influencing the cooling tower thermal performance and anatomizes the reasons causing the decrease of cooling tower thermal performance.By drawing lessons from domestic and foreign advanced technology，the paper studies and sums up energy-saving reform key technology，providing strong support for the integration of energy-saving retrofit scheme for cooling tower，which has important engineering application value.

cooling tower；energy-saving reformation；key technology；calculation；thermal performance；efficiency；application

TK264.1

：A

1672-0210（2015）01-0028-04

2014-12-08

王浩（1979-），男，工程师，硕士，主要从事火电厂节能诊断技术的研究。