淺析冷卻塔綜合治理實踐

孫曉鵬，陳文奇，劉國鈞，穆 巖

(1.撫順礦業集團有限責任公司熱電廠，遼寧 撫順 113000；2.華潤東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121000；3.秦皇島達成科技有限公司，河北 秦皇島 066000)

淺析冷卻塔綜合治理實踐

孫曉鵬1，陳文奇2，劉國鈞1，穆 巖3

(1.撫順礦業集團有限責任公司熱電廠，遼寧 撫順 113000；2.華潤東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121000；3.秦皇島達成科技有限公司，河北 秦皇島 066000)

詳細敘述了撫順礦業集團有限責任公司熱電廠3號機組冷卻塔運行現狀、綜合治理方案、具體實施及經濟效果評價，是一項投資少、收益快、經濟效果好的節能綜合治理項目，值得類似發電廠借鑒和推廣應用。

冷卻塔；綜合治理；經濟效益

撫順礦業集團有限責任公司熱電廠共有2臺國產25 MW(哈爾濱汽輪機廠制造的CC25-90/10/1.2型、北京重型電機廠制造的B25-90/10型)和1臺進口123.7 MW(瑞士ABB公司制造的DEEKHH2-2071型)汽輪發電機組，分別于1992年6月、10月和1996年7月投入商業運行，現機組運行時間已非常長。期間雖然進行了多次機組A級、B級、C級檢修工作，但均是將有限的資金重點投入到國家嚴格控制的環境保護設備治理改造項目(如鍋爐煙道的除塵、脫硫等設備)和機組安全性方面，而投入到影響經濟性方面的治理資金卻很少；加之機組在役運行時間長、設備老化、效率低、能耗高，使電廠盈利空間逐漸縮小；同時又受外部電力市場影響，使電廠機組年運行小時數、負荷率等指標逐步下降，因此需要內部挖潛、節能降耗，集中有限資金，重點對經濟性影響較大的設備進行治理，首先在3號機組A級檢修中進行節能指標治理工作。

1 設備運行現狀調查

為了將有限的資金用在關鍵部位，并達到收益最大化，實現最佳經濟效果，工程技術人員全方位進行設備現狀調查、細致技術分析、全面綜合論證，確定最優治理改進方案。

1.1 凝汽器冷卻水溫度

凝汽器真空是影響機組經濟運行的重要指標。125 MW機組凝汽器真空每變化1%(約1 kPa)汽輪機熱耗率變化約0.941 7%，影響發電煤耗率3.2 g/kWh[1]。影響凝汽器真空的因素是多方面的，如真空系統嚴密性、凝汽器換熱管清潔度、冷卻水溫度等。機組正常運行時，冷卻水溫度是一項重要影響因素，125 MW機組冷卻水入口溫度每升高1 ℃汽輪機熱耗率變化約0.346 4%，影響發電煤耗率1.11 g/kWh。2013年3號機組負荷、真空、冷卻水溫度統計情況如表1所示。

表1 3號機組負荷、真空、冷卻水溫度統計表

注：冬季運行時采用調整循環泵運行臺數實現降低廠用電量消耗，以獲得綜合效益。

可見，全年各冷卻水平均溫度均超過凝汽器設計冷卻水溫度(設計值20 ℃)達到23.8 ℃，最低月份、最高月份時平均冷卻水溫度超過設計值分別為0.9 ℃、10.1 ℃，可見冷卻水溫度是影響機組經濟性的重要因素，應進行設備優化治理。

1.2 冷卻塔運行現狀

冷卻塔運行時，塔上霧汽嚴重不均，較大范圍內無熱蒸汽，可知被空氣帶走的蒸汽流量較少。進一步檢查，發現冷卻塔雨區有數十處集中降雨處，有的已呈柱狀落下，且流量較大，還有多處無雨區。單機2臺定速循環泵運行，有4條支水槽、18條分水槽均有不同程度溢流淌水現象，通過觀察損壞、塌落的除水器，已有部分噴濺裝置損壞、脫落，這些都將造成熱水直接流到填料層上，相當于噴濺裝置環節；同時還有多個噴嘴堵塞，沒有熱水流出，形成無水區域；損壞、脫落的填料多集中在集中降雨處，并發現多處填料有損壞穿孔露天現象，局部降低了冷空氣流動阻力。

冷卻塔的配水不均、噴淋裝置工作不良，使噴濺出的水滴顆粒直徑較大(相應換熱表面積較小)，尤其是集中降雨處；填料箱、噴淋裝置的損壞，都使填料的膜式換熱惡化，水膜不均、水膜厚度增加；填料箱的穿孔露天和除水器的缺失，使冷空氣直接通過，相應減弱正常工作的填料、噴淋裝置處的空氣通流量，綜合降低了冷卻塔的換熱能力，造成冷卻塔出水溫度升高。為此，把冷卻塔的統合治理作為機組A級檢修中的一項重點節能治理項目。

2 冷卻塔統合治理方案

2.1 冷卻塔清淤、修補工作

2.1.1 清淤工作

冷卻塔清淤工作是針對主水槽、支水槽、分水槽進行的，清除積存的淤泥等雜物，相應增大了熱水流通截面積，減少了雜物對噴濺裝置、填料的沖擊損傷。

冷卻塔池、循環泵吸水池的清淤工作主要是清除集水池內積存的淤泥和塔上脫落破損物件等。

同時將冷卻塔上和塔池內清除的雜物及時運出，防止發生二次污染。

為鞏固清淤成果，對冷卻塔池周圍10 m左右范圍內地面硬覆蓋進行完善；修復塔池周圍護欄網，從而降低風吹落入塔池內雜物的可能性。

2.1.2 修補工作

冷卻塔修補工作主要是修復破損的水槽，使其上沿標高基本相同，杜絕或減少局部熱水溢流跑水現象發生。

冷卻塔池修補工作主要是杜絕或減少塔池外緣風化破損物進入塔池。

2.2 噴濺裝置治理工作

2.2.1 噴濺裝置選擇

按設計結構合理、流量系數適宜、噴濺均勻、不易堵塞[2]等技術要求，綜合比較確定新型高效霧化效果好的TP-Ⅱ型噴濺裝置，此裝置具有如下優點。

a.換熱效率高。噴濺裝置一體結構制造，水滴噴濺范圍較大、交叉撞擊效果好，實現交叉配水，消除輕水區、重水區或無水區現象；噴濺出的熱水滴顆粒直徑小、覆蓋范圍寬，增大熱水滴外表面積，提高了水和空氣熱交換能力，提高了冷卻塔的冷卻效果。

b.結構合理，使用壽命長。采用純ABS工程塑料，一體結構制造，承載能力強，可承載50 kg以上作用力；其使用溫度寬(工作溫度為-40～+90 ℃)，適應我國北方特殊環境要求；設計結構合理，噴嘴出口空間較大，克服了原組裝結構所造成的易掉頭、堵塞、斷裂、布水不均等缺點，其使用壽命可達10年。

2.2.2 治理工作

a.疏通堵塞的噴嘴，恢復其工作能力。全面進行噴濺裝置的外部檢查，確保對有潛在危險、將要損壞的噴濺裝置進行換新。脫落、損壞的噴濺裝置全部換新。

b.依據冷卻塔上外圍配水槽溢流現象，采用噴嘴口徑稍大規格的噴濺裝置并安裝在冷卻塔的外圍區域。

做好上述工作，可使冷卻塔配水均衡，并保證全部熱水都能經過噴濺裝置后再落下。

2.3 填料、除水器治理工作

熱水的冷卻過程主要是在淋水填料中進行的，是冷卻塔的關鍵部位[3]，填料所產生的溫降占整個冷卻塔溫降的60%～70%[4]。

2.3.1 填料選擇

選用換熱性能優良、親水性好[5]的復合波型塑料填料作為替換填料。

2.3.2 治理工作

冷卻塔上部風干后，進行填料裝置的倒垛、篩選工作；對外形基本完整、強度足夠的填料進行清除雜物、輸通網孔后再次進行篩選工作；篩選出的完好填料進行鋪設安裝，不足部分采用新型填料進行補充完整。

注意新型填料必須分散使用，合理布置，不能發生上下層同時布置或集中布置現象，綜合發揮出填料裝置的最佳效果。

除水器也按填料方式進行倒垛、篩選、清除雜物、回裝工作，不足部分補充完整。

3 統合治理方案的實施

3.1 新購設備及廠家的優選

選用優良的設備是保證冷卻塔綜合治理后的節能效果和穩定運行的關鍵。依據冷卻塔內的工作性質、環境，經過市場咨詢、調研后，選擇設備性能良好、工作穩定、使用壽命長、價格適中的設備；同時還要考慮設備廠家的信譽、售后服務、質量反饋和使用業績情況。經過反復比較、優選后，確定TP-Ⅱ型噴濺裝置、復合波型填料和除水器的生產廠家。

3.2 技術指導和工程質量監督

良好的設備安裝是保證其長時間安全、穩定運行的前提條件，必須嚴格執行安裝工藝標準，并由廠家組織施工；施工期間，要有專業人員進行技術把關、指導工作。電廠成立以水塔維護班組、分廠、技術部為主的工程質量監督體系，保證施工期間有專人進行質量監督、檢查工作。

需要替換新型設備時，由技術部專人負責，并有設備廠家、施工方共同確認，同時做好設備統計和資料記錄(存檔)工作。

4 治理效果

4.1 外觀檢查

a.冷態試驗檢查。機組檢修結束后，啟動1臺循環泵進行冷卻塔上水動態試驗。冷卻塔配水均勻、各水槽無溢流現象，通過觀察暫未安裝除水器的主水槽兩側，噴濺裝置效果好，水滴均勻顆粒小，手動檢查安裝牢固，尤其是新型噴濺裝置效果更優；除水器上部霧汽均勻；淋水密度均勻，無集中降雨和無雨區域。

b.熱態檢查驗收。機組啟動運行一周后熱態檢查，冷卻塔的工作狀態與冷態相似，2臺循環泵全部運行時，冷卻塔的工作狀態良好，淋水密度均勻，無集中降雨區域。

4.2 機組經濟性

4.2.1 冷卻塔出水溫度評價

a.3號機組檢修治理前后冷卻塔出水溫度對比情況

檢修治理前，在3號機組90 %額定負荷、正常環境氣象條件下，連續5天內每天5個時段進行測量，記錄相關數據(環境風速、大氣干球和濕球溫度、機組負荷、凝汽器進水溫度)，共統計出25組基礎數據，以便設備檢修后進行對比分析。

檢修治理后，機組啟動穩定運行一周后，仍采用上述方法，在3號機組90%額定負荷、環境氣象條件相似情況下，連續進行10天內每天5個時段進行測量，記錄相關數據，統計出50組數據。

將檢修治理后的50組記錄數據與檢修前的25組數據進行對比，篩選出環境風速、大氣干球和濕球溫度與檢修治理前相近的數據共有7組；再將這7組數據中凝汽器進水溫度與檢修前對應數據進行對比，發現凝汽器進水溫度較檢修前降低了3.33～3.62 ℃。

b.1號、3號機組冷卻塔出水溫度對比情況

機組檢修治理前，正常環境氣象條件下，連續進行2天，并保持1號、3號機組冷卻塔的運行狀態在相似情況下，各機組均在90 %額定負荷、純凝工況下連續運行2 h后統計2個時段，發現3號機組凝汽器平均進水溫度較1號機組凝汽器平均進水溫度高0.31 ℃。

3號機組檢修治理啟動穩定運行7天后，采用同樣方法進行對比性試驗，結果發現3號機組凝汽器平均進水溫度較1號機組凝汽器平均進水溫度低了3.23 ℃。

以1號機組為參照物進行對比，可知3號機組檢修治理后凝汽器平均進水溫度較檢修前降低了3.54 ℃。

通過上述對比分析，可知3號機組檢修治理后凝汽器平均進水溫度較檢修前至少降低了3.33 ℃，即冷卻塔出水溫度降低了3.33 ℃。如扣除環境自然因素、機組主設備治理經濟性因素影響，估算3號機組冷卻塔綜合治理后其出水溫度可降低1.50 ℃。

4.2.2 機組年效益

3號機組冷卻水溫度長年高于設計值，最低月份時高于設計值0.9 ℃。

2013年3號機組累計運行時間6 130 h，年平均負荷87.4 MW。廠全年累計發電標煤單價為615.23元/t。按冷卻水溫度降低1.50 ℃計，單機年可節約標煤量為1.110×1.50×87.4×1 000×6 130/1 000/1 000≈892.044 t；年可節約資金為615.23×892.044/10 000=54.881萬元。

4.2.3 投資回收期

3號機組冷卻塔綜合治理，設備投資3.70萬元，人工費用1.00萬元，合計投資為4.70 萬元。機組運行1年可獲得利潤為54.881-4.70=50.181萬元。投資回收期為n=4.70×10 000/(615.23×1.110×1.50×87.4×1 000×24/1 000/1 000)≈22 d。

由此可知，正常情況下，機組運行22天即可回收全部投資，以后將持續獲得凈收益。

4.3 社會綜合效益

冷卻塔出水溫度降低，使機組熱效率提高，降低了鍋爐燃煤量，相應減少了大氣污染物和污水、灰渣的排放量，有利于環境保護，同時也減少了排污繳費，降低了發電成本。

5 結束語

冷卻塔綜合治理后收到了實效，降低了冷卻塔出水溫度，實現了節能降耗減排的目的；投資回收期短、收益快，具有一次投資多年受益的效果；兼有良好的社會效益，此后，1號機組將繼續推廣應用，進行冷卻塔的綜合治理工作。

[1] 李 青，張興營，徐光照.火力發電廠生產指標管理手冊[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 火力發電廠水工設計規范：DL/T 5339-2006[S].

[3] 楊劍永，張 武.大型機組冷卻塔節能潛力分析[J].東北電力技術，2010，31(6)：1-5.

[4] 陳文奇，田寶剛，趙日超.冷卻塔的經濟運行探索[J].東北電力技術，2007，28(11)：48-50.

[5] 趙振國.冷卻塔[M].北京：中國水利水電出版社，1996.

Analysis on Comprehensive Control Practices for Cooling Tower

SUN Xiaopeng1,CHEN Wenqi2,LIU Guojun1,MU Yan3

(1.Fushun Mining Co.,Ltd., Thermal Power Plant，Fushun，Liaoning 113000,China;2.China Resources Northeast Power Engineering Co.,Ltd.，Jinzhou，Liaoning 121000,China;3.Qinhuangdao Reach Technology Co.,Ltd.，Qinhuangdao，Hebei 066000,China)

This paper describes the operation status, determines the comprehensive treatment plan, implementation and evaluation manager effect of the unit 3 cooling tower of Fushun Mining Limited Company.It is a small investment, quick return, good manager comprehensive management of energy-saving projects and also worth being used for reference and application by other similar power plants.

cooling tower；comprehensive control；economic benefit

TB535

A

1004-7913(2017)01-0013-04

孫曉鵬(1972)，男，學士，高級工程師，從事發電廠生產技術經營管理工作。

2016-09-25)