3000m2型冷却塔热效率下降原因分析与处理措施

3000m型冷却塔热效率下降原因分析与处理措施

（论 文）

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日 期：2015年2月22日

关键词：冷却塔 效率 分析 对策 效果 一、摘 要：

冷凝式机组供水系统有冷却塔、塔循泵、凝结器以及相关管道与阀门组成。冷却塔是在火力发电热力系统中非常重要的换热设备，其热效率的好坏直接影响发电机组的经济运行。因此，本论文针对冷却塔热效率进行分析，找出存在的问题，提出处理方法，评价经济效益。

二、前 言

我厂现装3台N100-8.83/535、和3台N110-8.83/535凝汽式机组，其循环水供水方式有两种，一种为直流供水，水源取自于玛纳斯河。一种为二次循环供水，通过四台双曲线自然通风冷却塔将凝汽器内受热后的循环水冷却降温，供凝结器冷却用水。凝结器冷却水温度直接影响到机组运行的真空度，影响到机组运行的经济性。真空度提高1%，煤耗则会下降4.47g/kWh。夏季因环境温度高，当二次循环运行时，由于冷却塔不能将循环水有效的降温（通常循环水温在36~38℃），真空度下降致使六台机组不能满负荷运行，只能限负荷运行。本厂循环供水系统示意图如下：

高压缸低压缸发电机通风筒凝结器循环泵配水系统塔泵塔体淋水填料集水池

三、设 备 简 介：

天电玛纳斯发电公司现装机容量630 MW，采用Ｎ-6815-１型凝结器，

换热面积6815 m2、进水温度20℃，水侧流量15420t/h（4.28t/s水）、水侧压力0.245MP；循环供水系统设3000m2双曲线自然通风冷却塔4座，水塔池深3.2m，进风口高度为5.8m，冷却塔主配水槽口高度为12m，塔身总高85m。夏季、二次循环倍率m=55,总冷却水量18220t/h（5.06t/s水）、冷却塔出水温度20℃，进水温度36℃，进出温差16℃。本厂共有9台塔泵和9台循环泵，塔泵型号为1200HB-12（五个叶片），流量Q=11672m3/h，扬程H=12m。循环泵型号为1200HB-12A（四个叶片）流量Q=12672m3/h，扬程H=12m，由上海水泵厂生产，配套电机为JSL600-12型，功率600KW，转速493r/min，电流78A，电压600V。其中2、9号塔泵前后2000年改造为1200HD-11，48LBSD-12.5型。1200HD-11型泵（2号塔泵）由无锡水泵厂改造，流量Q=15840m3/h，扬程H=11.1m。48LBSD-12.5型（9号塔泵）由长沙水泵厂改造，流量Q=13680m3/h，扬程H=12.6m。

四、存 在 的 问 题：

夏季冷却塔热效率差，冷却塔出口温度达不到设计温度20℃。因此机组无法满负荷运行。

五、原 因 分 析：

冷却塔是通过空气与水直接接触进行热、质传递，使水冷却的设备。冷却塔热力性能和运行工况对凝结器真空有直接的影响。冷却塔由塔体、集水池、通风筒、配水系统、淋水填料等部分组成。通风筒是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，将湿热空气排至大气层，减少湿热空回流。配水系统是将热均匀的溅散到整个淋水填料上。其由喷淋装置、配水槽组成。淋水填料是将热水溅散水滴或形成水膜，以增加水和空气的接触面积和接触时间，

即增加水和空气的热交换强度。冷却塔的热效率是除了环境温度、冷却塔构造因素外，有塔泵出力，塔池水量、冷却塔填料、喷淋装置等冷却塔在内的系统有关。首先分析各项客观因素，然后找出主导因素。影响热效率的因素如下：

1、冷却塔冷却水量 Q (m3/h)严重不足：冷却塔冷却水量指冷却塔与塔泵之间循环的水量，它的值是1.15倍的凝结器所需冷却水量；这个数据决定塔泵的处理。1至9号塔泵出力测试得知，只有9号塔泵出力较好，其余都出力不足。试验数据附表-1所示。夏季、机组要带100MW负荷，凝结器需要的冷却数量为17400 t/h（4.83t/s水）。六台凝结器需要28.98 t/s水。（不算、汽轮机冷油器、发电机空冷器、冷水器、给水泵空冷器、轴承用水等）。若全部计算，6台机组需要30.36 t/s水。实际计算需要的冷却数量是1.15×30.36=34.914 t/s水。9台塔泵实际总流量为80768 t/h（22.4t/s水）。因此，塔泵出力严重不足。

2、气候条件的影响：空气冷却塔是利用传导使空气吸热来实现散热，主要受空气温度的影响。由于空气温度较高，比热小，吸热能力有限，且冷却效率低，因此，需要空气冷却器有很大的表面积。由于本厂冷却塔的设计以4、5月份气象条件为依据，未考虑7、8月份天气热，玛河水最恶劣被迫退出直流供水进入二次循环。比较一下4、5月份和7、8月份的气象情况就可以看出设计的缺憾：只考虑4、5月份的气温较低，冷却塔出口温度可满足设计温度20℃。回避了7、8、9月份气候热，冷却塔出口温度上升到36℃导致机组无法带满负荷的潜在问题。因此为保证玛电在二次循环下的正常出力，必须超设计增加冷却塔循环水量即提高塔泵出力。

气 温 统 计 表

时 间 2005年平均气温（℃） 2004年平均气温（℃） 四月 11.0 16.6 五月 16.7 20.3 七月 25.6 26.1 八月 25.4 24.7 说明：数据来源于石河子棉花专业气象台。 3、填料网格不合理：填料网格的网孔大、安装不合理（应该上下填料网格网孔互相错开）导致减少水与空气的接触面积和接触时间，无法将热水溅散水滴或形成水膜。因此，水和空气的热交换强度下降。目前、国内不使用网格填料。

4、系统设计不合理：1至4号机组（共4台机组）配备2座冷却塔，6台塔泵，而5、6号机组（共2台机组）则配备2座冷却塔。

5、我厂直流供水取自玛纳斯河水，玛河水含沙量大，每年河水输沙量为491万吨。夏季发洪水时期河水含沙量为223kg/m3，导致冷却塔塔池、配水槽、I、II期塔循泵集水井等设施积沙严重。冷却塔配水槽内的积沙都非常严重，各个分水槽的积沙甚至高出分水槽的水平面，底下的喷头被堵死，起不到喷水的作用。冷却塔塔池积沙厚度泥沙厚度超过1000mm时，塔池蓄水量减少，则导致当量冷却水量减少，对应的水温上升凝汽器真空下降，机组限负荷而且运行也不经济。

通过以上方面的分析得出如下结论：

已建好的4座冷却塔拆掉再重建是不可能的、不现实的，改造也不可能的；天气气候条件是大自然的规律无法控制；冷却塔填料更换费事并成本很大。因此唯一的能提高冷却塔热效率的途径是改造塔泵，提高出力的同时定

期进行塔池清理泥沙，冷却塔配水系统清理泥沙。

六、处 理 措 施：

方案一：改造现有塔泵叶片，同时定期冷却塔清沙。叶片磨损严重影响塔泵处理。原当量尺寸530×375，测出的流量为9000m3/h，改为630×450，则对应的流量为12000 m3/h，塔泵出力能提高25%。只能提高流量，但不能提高扬程。每一个叶片单价1.1万/元。此改造方案成本低。

方案二：以9号塔泵为样本进行改造，同时定期冷却塔清沙。泵的性能大大提高即流量提高到12000 m3/h以上和扬程提高到13米以上。改造成本30万元/台，费用高。

七、效果分析：

真空度提高2%~3%，可节约耗煤量提高机组的经济运行效果。可满负荷运行，每台机组多带2MW负荷，则6台机组多带12MW负荷。一天24小时上网电价0.14元。0.14×24×120000=40.32万元

二次循环水系统机组真空度提高2%（由华东电网93年提供：汽轮机真空度每提高1%，供电煤耗率下降4.47g/KW.h，每小时按满负荷100MW，可节约煤447Kg）。煤价格按450元/吨计算。

一天可节约资金=0.447×2×450×6×24=5.79312万元。

合计46万元，可见经济效益非常显著。因此，改造塔泵，提高出力来提高冷却塔热效率是可行的。

1~9号水塔泵试验数据（附表-1）

序号 名称 3-8号 3号 4号 5号 6号 7号 8号 9号塔泵 塔泵 塔泵 塔泵 塔泵 塔泵 塔泵 塔泵 单位 设计值 测试值 设计值 测试值 设计值 测试值 测试值 测试值 测试值 设计值 测试值 设计值 测试值 1号塔泵 2号塔泵 kW A r/min MPa 600 78 493 526.32 60 494.5 600 78 493 534.07 60 494.5 600 78 493 466.80 452.88 488.40 542.40 396.48 460.32 55 495 45 60 60 44 54 600 78 493 569.28 63 494 1 输入功率 2 3 电流 转速 495.3 495.1 495.0 496.2 495.5 出口压力4 表与水面差值 -0.0047 -0.0053 -0.0035 -0.0062 -0.0053 -0.0006 -0.0069 -0.0051 -0.0016 5 出口压力 MPa 6 扬程 MPa 0.110 0.122 0.115 0.100 0.112 0.115 0.103 0.109 0.120 0.12 0.1147 0.11 0.1273 0.142 0.1185 0.1062 0.1173 0.1156 0.1099 0.1136 0.126 0.1216 13260 9660.5 15840 9743.3 11912.4 8870.9 7917.2 7724.6 8541.0 7425.8 9878.7 13860 11006 489.5 62.90 496.7 69.36 434.1 421.2 454.2 67.29 55.44 55.41 504.4 368.7 428.1 54.38 61.46 72.84 529.4 70.22 7 体积流量 m3/h 8 9 轴功率 效率 kW %

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