逆流式冷却塔改造技术分析与探讨

宋冰腾

摘要：新时期经济发展下，节能环保技术的应用范围不断扩大，汽轮机运行中逆流式冷却塔发挥着重要作用，对冷却塔进行改造技术能够实现节能减排的效果。基于此文章对逆流式冷却塔改造技术展开探讨。

关键词：冷却塔;改造技术;逆流式;汽轮机

引言

节能减排是我国现阶段的一个重要的基本国策，要以科学发展观为指向推动其市场化改革，来改善我国的生态环境和资源开发的经济补偿体系，并且把我国经济发展的激励机制转变到鼓励研发和自主创新上来，转变到鼓励节能减排降耗上来，转变到鼓励降低成本、提高效率、提高经济总要素生产率增长的方向上来。因此，冷却塔风机节能技改对于热电、石化、煤化工等企业节约生产成本、提高经济效益、节能环保等具有重要意义。

1冷却塔改造的重要性

冷却塔是汽轮机组的重要辅機设备，冷却塔节能改造是当前电厂节能工作的重点。随着填料波形的改进和喷溅装置的优化，且在机组冷却塔运行年限较长、热力性能下降、喷头配水管堵塞的情况下，冷却塔改造成为电厂节能降耗的重要切入点。但对于一些塔芯部件保持较完整的机组，并不需要过大的投入进行全部塔芯部件的更换，而是通过部分部件的更换及修复就能获得明显的节能效果。在实际改造中，缺少对冷却塔节能改造必要性的研究，在不清楚冷却塔实际运行状态的情况下盲目决策，改造后甚至由于喷溅装置的选择和填料布置方式不合理会导致冷却塔的冷却效果下降，造成不必要的经济及材料的浪费，还会影响机组的经济性。

2逆流式冷却塔的工作原理

逆流式冷却塔将冷媒置于一个干净的封闭回路中，将冷却塔和热交换器的功能集于一个系统，这些都带来优越的运行性能和维护的便利性。逆流式冷却塔由盘管、风机、喷淋水泵、配水盆、集水盆、排污管、溢水管、填料、进风百叶、补水装置等组成。逆流式冷却塔包括内循环水系统和外循环水系统两个系统。内循环水系统：盘管内被冷却后的循环水从塔体流出，由系统循环水泵送往空调机组冷凝器，经过升温后的循环水再进入盘管冷却。外循环水系统：外部喷淋水通过与盘管、填料接触换热达到冷却盘管内部循环水的目的后，落入下部集水盆，由喷淋水泵送至配水盆再次循环。内循环被冷却水通过盘管与管外喷淋水和空气进行热交换，避免了被冷却水与空气直接接触而导致的水质污染[1]。

3逆流式冷却塔改造技术措施

3.1喷枪的设计与控制系统

水和压缩空气在喷枪中预混合，再由喷嘴喷入焙烧烟气中，雾化喷嘴的位置应在冷却塔圆心，避免烟气与喷头的直接接触造成喷头的堵塞，设计喷嘴与烟气方向为顺流方向（由上至下），喷嘴与喷枪连接处设置伞帽保护喷嘴。PID控制器将数值与预先设置的数值进行比较，根据差值发出指令，激活继电器控制雾化系统调节烟气的温度。当烟气流经冷却塔出口时，温度传感器将检测到的值反馈到控制器中实现对烟气温度的闭环控制，原温度控制系统可以满足生产需要，技改中对PID参数重新进行了核对。

3.2逆流式冷却塔运行自动控制

逆流式冷却塔自带的盘管、集水盆供夏季和过渡季节使用，冬季运行时切换到集水箱内的盘管换热器，同时将逆流式冷却塔自带盘管中的水排空并用氮气吹扫。逆流式冷却塔控制采用的是集中分散式控制系统，现场控制器选用PLC控制器。控制柜上设远程/就地选择旋钮和手动启停按钮，远程状态由控制器自动控制，就地状态手动控制启停，便于检修时使用，就地控制优先。冬季运行时根据循环冷却水回水温度、集水箱内水温控制喷淋循环泵和风机的启停。为防止冷却塔结冰，可适当提高循环冷却水回水温度，当循环冷却水回水温度高于22℃时开启喷淋循环泵和风机，循环冷却水回水温度低于15℃或者集水箱内水温低于5℃时停止喷淋循环泵和风机运行。风机可以远程控制转向，反向运转用来除冰。冬季运行时如果逆流式冷却塔进风百叶上结冰过多，停止运转风机几分钟，百叶附近的水流就会加快，减少冰的形成。在持续极度低温情况下，可将风机反向运转，使热空气吹过百叶，融化积冰。反转风机的时间控制在1～2分钟，化冰时进行监控以决定化冰时间。冷却塔风机加装霍尔传感器监测风机转速[2]。

3.3填料布置优化

为提高冷却塔的冷却效果，常结合冷却塔的填料断面过风情况，对填料的布置方案进行优化。超大塔研究表明：由于超大型高位收水冷却塔没有雨区，进风口较高，高位塔内填料断面风速分布比较均匀;而常规塔中心风速较低，风速最大的地方在相对半径0.9处，在塔壳附近风速较低。常采用的填料布置优化方案包括：降低塔中心区填料高度或增加外区的填料高度，以减小内区的气流阻力，使配风更为均匀。根据高位塔的断面风速分布规律，基于填料高度1.5m均匀布置的基准方案，增加一个填料不等高布置的比选方案，即将外区填料高度增加至2.0m，并采用数值模拟手段，对两种方案进行比较。数值模拟结果表明：在全年平均气象条件下，比选方案（填料不等高布置）的出塔水温较基准方案（填料均匀布置）的出塔水温改善不大（约降低0.08℃）。这主要是由于填料高度增加后，虽增加了散热能力，但也增加了系统阻力，降低了塔内的通风量，因此总体冷却效果并不十分理想，同时还增大了整体投资。考虑到高位塔没有雨区，填料断面风速分布比较均匀，选取工程填料最终采用均匀布置方式[3]。

3.4冷却塔淋水填料主要有非等高布置和不等间距布置

第一，由于外围填料高度增加，为了能有足够的雾化距离，必须提高配水管的高度，保证足够的压力使喷头配水均匀。竖井水位需要提高，导致配用的循环水泵扬程升高，厂用电率增大。第二，淋水填料顶部高度不同，导致喷溅装置底部与淋水填料顶部的距离在整个淋水面积上不一致，影响喷溅的均匀性。淋水填料不等间距布置方式是将填料层分成不同的区域，区域内的填料间距不一致，靠近冷却塔竖井的淋水填料片间距最大，冷却塔进风口最边缘的淋水填料片间距最小。进风口边缘进塔空气流速较高和相对湿度较小，换热能力强;而冷却塔靠近竖井的区域由于雨区阻力的影响流速较小且相对湿度增加，该区域换热能力差。为了更好地适应这个情况，在外围采用换热能力强的小间距，强化换热能力，有效降低出塔水温。同时，通过这种分区换热，能合理调整气水比。喷溅装置主要是采用喷淋半径更大和喷洒均匀的高效喷溅装置，并优化内外围喷溅装置的管径，使配水更加均匀，同时也使冷却塔在单台循泵高速供水时能全塔配水，有利于在不牺牲机组真空的条件下降低厂用电率。

3.5U型集水槽布置优化

高位塔U型集水槽由多组槽段组合而成，根据以往工程的经验，每组槽段的槽底坡度i值可以相同，也可不同，槽段内的水流速度设计范围为0.5～1.5m/s，同时U型集水槽水面线至玻璃钢集水槽顶部至少考虑300mm的安全高度。根据以上要求，通过集水槽水面线计算软件计算，确定选取工程集水槽安装槽底坡度约为0.008，坡向塔中央混凝土集水槽。

结语

综上所述，现阶段，我国热电、石化、煤化工等企业中循环水冷却塔风机大多由电机驱动，适时将其改造为水能机驱动（尤其是带动力补偿装置的水能机，可大大拓展本节能技术的适用范围），可节省大量电能，积极开展汽轮机冷却塔改造是当前汽轮机节能减排的重要举措。

参考文献

[1]胡谷庆.循环水冷却塔风机故障原因及改造探讨[J].设备管理与维修，2019（06）：108-109.

[2]王海平.循环水冷却塔技术改造[J].化工管理，2019（01）：82-83.

[3]丁海丽，李文娜.330MW机组冷却塔节能改造分析[J].宁夏电力，2018（05）：65-69.