火电厂自然冷却塔的改造应用研究及经济性评价

文_曹荣 却燕平 华电电力科学研究院有限公司

1 机组概况

某电厂3号机组容量330MW，汽轮机为北京北重汽轮电机有限责任公司制造N330-17.75/540/540型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸、双排汽凝汽式汽轮机。该机组配套的凝汽器为北京重型电机厂生产的N-17563-Ⅲ型单背压、单壳体、单流程、表面式凝汽器。凝汽器冷却水系统采用冷却塔循环冷却方式，冷却塔主要设计参数如表1。

表1 冷却塔主要设计参数

冷却塔采用单沟、单竖井进水方式与内、外围配水系统。全塔的六个水槽（其中四个水槽布置成两条双层水槽）成十字形布置，以压力管、槽联合配水。全塔四分之一塔相对于十字轴线对称布置。内区面积约为全塔面积的40%，由两个断面为1000mm×1400mm的水槽供水，即由两条双层水槽中的上层水槽供水。外围区面积为全塔面积的60%，接出四条主水槽，主水槽断面为1000mm×1400mm的水槽和两个1000mm×1500mm的水槽供水，即由两条双层水槽中的底层水槽和两个单层水槽供水（图1、图 2）。

图1 冷却塔塔体结构参数标注图

图2 冷却塔改造示意图

由于3号塔运行时间较长，冷却效果下降明显，现场检查发现，部分填料坍塌，出现较多水柱，同时淋水填料结垢、老化严重，影响冷却塔的通风效果和冷却效果，急需进行大修改造。

2 改造前的试验及结果分析

为了验证改造效果，大修改造前分别在3号机组单台循环水泵运行（一机一泵）和两台循环水泵并联运行（一机两泵）工况下，进行冷却塔热力性能试验。试验工况变化范围见表2。

表2 改造前试验工况变化范围表

经过对测试数据的计算分析，发现3号塔其冷却能力值为75.54%，在夏季频率10%气象条件下，3号塔计算出塔水温为31.44℃，比设计出塔水温30.68℃高0.76℃，严重偏离了设计冷却能力。

3 实施改造的主要内容

大修期间，某电厂对3号冷却塔专门进行了升级改造，主要以新型“S”型梯波淋水填料和节能旋转型喷溅装置更换老化的塔芯部件、损坏的配水管和喷头，同时疏通堵塞的配水管和配水槽，使冷却塔形成良好的配水条件和配风条件，以达到良好的冷却效果，降低机组运行真空。

3.1 “S”型梯波淋水填料更换

淋水填料采用S波(图3)，布置方式为两层，高共1000mm，平均淋水密度为8.17t/（m2·h）。充分利用梯形斜坡的合理设计原则，同时增加水膜截流的次数，使水膜多次重分配且更趋于均匀，提高散热效果，尽可能地降低填料安装高度，达到节省工程投资的目的。增加竖向凸汶滞留波，提高水膜横向扩散能力，增强水气扰动，使在填料中水气热量交换更充分，同时使水膜下泄速度减缓，延长热量交换时间，提高冷却效果。“S”型梯波淋水填料的水气接触面积大，特别是增大竖向面积增长率，流程长，横向扩散能力强，使水膜分布更均匀。

3.2 节能旋转型喷溅装置更换

喷溅装置是配水系统的主要组成部分，也是影响冷却塔换热效率的重要元件，改造前使用的喷头在填料上存在无水区、轻水区和重水区，冷却塔的换热效率较低。通过更换的节能旋转型喷溅装置如图4，水流在压头的作用下通过喷溅装置的导水锥体推动溅水盘旋转，提高换热效果。节能旋转型喷溅装置均用进口ABS工程塑料，具有良好的物理力学性能和足够的刚度，几何形状在65℃条件下不软化变形，在-20℃条件下不脆裂，不破碎。节能旋转型喷溅装置主要材质性能见表3。

表3 喷溅装置主要材质性能

图3 “S”型梯波淋水填料

图4 节能旋转型喷溅装置

4 改造后的试验及结果分析

改造后专门对冷却塔改造效果进行了验证，分别单台循环水泵运行（一机一泵）和两台循环水泵并联运行（一机两泵）工况下，进行冷却塔热力性能试验。试验工况变化范围见表4。

表4 改造后试验工况变化范围表

经过对测试数据的计算分析，改造后3号塔其冷却能力值为111.85%，超过设计冷却能力。在夏季频率10%气象条件下，3号塔计算出塔水温为30.1℃，比设计出塔水温30.68℃降低0.58℃。可见，3号塔在以后的运行过程中应及时更换老化的塔芯部件、损坏的配水管和喷头，使冷却塔形成较好的配水和配风条件，以到达良好的冷却效果。

5 冷却塔改造后经济效益分析

依据《火力发电厂生产指标管理手册》，循环水温度变化1℃，影响热耗变化0.3%～0.5%，本文按0.4%计算，改造后出塔水温较设计值低0.58℃，改造前较设计值高0.76℃，实际降低出塔水温1.34℃。

该电厂最近的整机热效率试验数据（表5）。

表5 3号机组的整机热效率数据

结合表5可计算出机组的供电煤耗319.7g/kWh。则对冷却塔进行改造后可降低煤耗1.71g/kWh。以机组年运行4000h计，标煤价格取550元/t，可计算冷却塔改造的年收益为124万元，考虑本次冷却塔的改造成本为200万元，两年内就能收回投资成本。

6 结语

通过对冷却塔优化改造，冷却能力由优化前的75.54%提升到111.85%，超过设计值，出塔水温由改造前的31.44℃下降至30.1℃，温度下降1.34℃。

对3号塔进行喷溅装置、淋水填料的改造，可以实现降低煤耗1.71g/kWh，两年内即可收回投资成本。