火電廠冷卻塔選擇分析

李長寬

(中國華西工程設計建設有限公司遼寧北方分公司，遼寧 沈陽 110003)

受國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排政策的影響，同時也由于設備制造和材料科學的進步，火電廠單機容量有了跨越式的提高，急需開展相關研究工作，以解決工程設計中遇到的問題，滿足工程建設的需要。

1 冷卻塔分類和比較

在冷卻構(gòu)筑物中，冷卻塔形式最多，構(gòu)造最為復雜。按照通風方式分類，有自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔。按照熱水和空氣的接觸方式分類，有濕式冷卻塔(敞開式)、干式冷卻塔(密閉式)和干濕(混合)式冷卻塔。按照熱水和空氣的流動方向分類，有逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔[1-2]。

按熱水和空氣的流動方向分有逆流式冷卻塔、橫流式冷卻塔、混流式冷卻塔。逆流式冷卻塔中水自上而下，空氣自下而上，橫流式冷卻塔中水自上而下，空氣從水平方向流入。逆流塔阻力大，冷卻效果好，占地小，價格相對較高；橫流塔阻力小，冷卻效果相對較差，占地相對較大，價格相對便宜。橫流冷卻效果比逆流差，但是易維護，一般動力消耗低。逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔比較分析見表1。

表1 逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔比較分析

2 冷卻塔風機的選擇計算

2.1 風速

空氣動力計算的目的是根據(jù)風量計算全塔通風阻力，選擇合適風機或驗算所選風機是否符合要求[3-4]。機械通風冷卻塔可根據(jù)風機風量或從工作點求得的氣水比計算出風量，按式(1)計算風速：

(1)

式中：vi為空氣通過冷卻塔各部位的流速，m/s;G為進入冷卻塔的風量，kg/h；Fi為空氣通過冷卻塔各部位時的橫截面積，m2；ρm為冷卻塔內(nèi)濕空氣的平均密度，kg/m3。

2.2 空氣阻力

冷卻塔空氣阻力包括淋水填料阻力和塔體阻力兩部分。塔體阻力計算公式見式(2)：

(2)

式中：Hi為各部位氣流阻力損失，Pa;εi為各部位局部阻力系數(shù)。

2.3 通風機選擇

根據(jù)空氣體積流量和總阻力值，選擇風機型號，并從風機特性曲線上選定風機葉片的安裝角度。風機配備的電機功率按式(3)計算：

(3)

式中：GP為將空氣重量流量換算成的風量，m3/s;H為實際工作壓力，Pa；η1為風機機械效率，%；η2為風機效率；B為電機安全系數(shù)，B=1.15～1.20。

3 循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定基本指標

循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定處理效果的兩個基本指標是腐蝕率和污垢熱阻，分別反映水的腐蝕、結(jié)垢的微生物所造成的影響。

3.1 腐蝕率

3.1.1 均勻腐蝕

腐蝕率表示金屬的腐蝕速度，其物理意義是：如果金屬表面各處的腐蝕是均勻的，則金屬表面每年的腐蝕深度以mm表示，即為腐蝕速率。

腐蝕率可用失重法測定，即將金屬材料試件掛在熱交換器冷卻水中的某個部位，經(jīng)過一定時間，由試驗前后的試片質(zhì)量差計算出年平均腐蝕深度，腐蝕率CL見式(4)：

(4)

式中：CL為腐蝕率，mm/a；P0為腐蝕前的金屬質(zhì)量，g；P為腐蝕后的金屬質(zhì)量，g；ρ為金屬密度，g/cm3；F為金屬與水接觸面積，m2；t為腐蝕作用時間，h。

3.1.2 局部腐蝕(點蝕)

對于局部腐蝕，如點蝕，通常用“點蝕系數(shù)”反映點蝕的危害程度。點蝕系數(shù)是金屬最大腐蝕深度與平均腐蝕深度之比。點蝕系數(shù)越大，對金屬危害越大。

3.1.3 緩蝕率

經(jīng)水質(zhì)處理后使腐蝕率降低的效果稱為緩蝕率，用η表示，見式(5)：

(5)

式中：C0為循環(huán)水處理前的腐蝕率，mm/a；CL為循環(huán)水處理后的腐蝕率，mm/a。

3.2 污垢熱阻

熱阻為傳熱系數(shù)的倒數(shù)。熱交換器傳熱面上由于結(jié)垢及污垢沉積使得傳熱系數(shù)下降，從而使熱阻增加，此熱阻稱為“污垢熱阻”。傳熱系數(shù)倒數(shù)之差見式(6)：

(6)

式中：Rt為即時污垢熱阻，m2·h·℃/kJ；K0為傳熱表面清潔(未結(jié)垢)所測得的總傳熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)；ψt為結(jié)垢后傳熱效率降低的百分數(shù)。

4 結(jié)束語

冷卻塔是大型工業(yè)循環(huán)水場中最重要的設備，是工業(yè)水循環(huán)使用的根本保障。如今大力提倡循環(huán)經(jīng)濟，有越來越多的企業(yè)和用戶開始重視和關注冷卻塔技術的研究和發(fā)展，本文可為其提供參考。