循環冷卻水系統運行淺析

張鈞臣 王秀杰 邢書寶

摘要：分析循環冷卻水系統影響汽輪機凝汽器正常運行的因素，以及公司冷卻塔填料更換后循環冷卻水系統水質迅速惡化的原因，提出相應的解決方案，確保凝汽器換熱效率，提高機組運行的穩定性。

關鍵詞：冷卻水 運行

引言

循環冷卻水系統作為電廠汽輪機系統的重要組成部分，主要由凝汽器、循環水池、冷卻塔、循環水泵、加藥系統及管道和閥門等組成。其中，凝汽器和冷卻塔是對循環冷卻水系統正常運行影響最大的設備和裝置。

凝汽器分表面式和接觸式凝汽器，大部分中小型電廠機組的凝汽器系統采用表面式凝汽器，表面式凝汽器的換熱通過冷凝管進行，管程內為流動的循環冷卻水，凝汽器殼程內主要為汽輪機尾部做功之后的蒸汽。冷卻塔按照介質流動方向分為橫流式、逆流式和混流式，按照形狀分為圓形冷卻塔和方形冷卻塔，按照通風方式分為自然通風冷卻塔、機械通風冷卻塔和混合通風冷卻塔。

循環水系統對于汽輪機運行有著直接的影響，循環冷卻水的溫度、水質等作為電廠日常運行中監控的主要技術參數，影響著凝汽器的換熱效率，凝汽器換熱效率的高低直接關系著凝汽器真空度、端差等重要汽輪機參數。

1、 循環冷卻水溫度的影響

循環冷卻水流經凝汽器銅管過程中，與汽輪機尾部排汽經銅管進行熱交換，熱交換的過程使得汽輪機尾部排汽凝結成凝結水，體積急劇下降，從而形成一定真空。凝汽器銅管中熱交換的熱量值由水的比熱容、流過銅管的水的質量以及凝汽器進出口水溫差決定。通常情況下，汽輪機凝汽器設計循環冷卻水運行溫度宜為27～33℃。在此溫度區間內，水溫越低，凝汽器換熱效果越好，凝汽器真空度越高，汽輪機端差越低，汽輪機汽耗率越低，根據研究統計證實，汽輪機端差每降低1℃，電廠燃料消耗平均降低0.5%。

循環冷卻水水溫更低的情況下，凝汽器凝汽器換熱效率升高，真空度變大，但是隨著循環冷卻水水溫的降低，凝汽器端差升高，容易造成凝汽器設備漲差超標，導致凝汽器設備外殼發生裂紋、變形甚至損壞，影響汽輪機的安全運行。

循環冷卻水水溫超過33℃的情況下，凝汽器換熱效率變低，真空度變小，凝汽器端差升高，汽輪機汽耗率升高，汽輪機經濟性變差。

凝汽器管程中經過熱交換后的循環冷卻水利用冷卻塔進行冷卻，公司冷卻塔采用自然通風逆流式冷卻塔的形式，冷卻塔的填料使用的竹格填料，填料總體積為2000m3，冷卻面積為1500m2，散質系數約為0.79kg/（m3.S）。采用逆流式冷卻塔熱力計算公式K.Ka.V/Q= 進行擬合計算，公式右側采用辛普森近似積分法進行計算，可以計算出各種條件下涼水塔冷卻后的水溫，給冷卻水系統的經濟運行提供指導。

分析上文逆流式冷卻塔熱力計算公式可知，影響冷卻塔散熱效果的因素較多，包括冷卻水流量、冷卻塔填料體積、空氣的干球溫度、氣水比等。冷卻水流量、冷卻塔填料體積、氣水比等參數與電廠冷卻水系統設計有關，除進行改造外，基本無法進行參數提升;空氣的干球溫度則與當地天氣有關，無法人為調節。

現階段條件下，電廠為提高汽輪機真空度和熱效率，最有效的方式是提高凝汽器換熱效果。

2、 循環冷卻水水質的影響

公司循環冷卻水系統屬于間冷開式循環冷卻水系統，循環冷卻水日常檢測的主要技術參數包括濁度、硬度、PH值、濃縮倍率等。

影響循環冷卻水水質的因素主要包括泥沙、膠體、藻類、生物黏泥等，為有效控制循環冷卻水水質，通常需要對循環冷卻水進行處理，常見的處理方法有化學處理法和物理處理法。

化學處理法即為向循環冷卻水內投加化學處理藥劑，用來控制循環冷卻水內水質的方法。化學處理法主要是針對循環冷卻水的硬度、PH值等參數的處理方法，經常采用的化學藥劑包括硫酸、殺菌劑等。硫酸的主要作用是為了降低循環冷卻水的硬度，殺菌劑主要用于殺死循環冷卻水中的藻類和微生物，防止藻類和微生物的大面積生長導致生物黏泥量在凝汽器換熱管處沉積導致凝汽器換熱效率變低，同時生物黏泥中附帶大量的微生物，在凝汽器換熱管壁上沉積后由于微生物分泌粘液大多呈酸性，很容易造成凝汽器換熱管的管壁腐蝕。阻垢緩蝕劑由有機膦、優良共聚物及銅緩蝕劑等組成，對碳鋼、銅及銅合金都具有優良緩蝕性能，對碳酸鈣、磷酸鈣有卓越的阻垢分散性能，能夠有效阻止凝汽器換熱管管壁結垢。

物理處理法指采用沉淀、過濾等方式去除水中懸浮雜質的方法。是針對循環冷卻水的濁度參數進行的處理方法。影響循環冷卻水濁度的因素主要包括循環冷卻水補水中的泥沙和循環冷卻水中生物黏泥量，針對循環冷卻水補水中的泥沙、膠體類物質通常采用物理處理法和化學處理法結合的方式進行處理，利用一體化凈水設備投加PAC和PAM進行絮凝沉淀的工藝進行去除水中的膠體類物質，對于泥沙采用石英砂、無煙煤進行過濾的方法進行去除。

膠球清洗系統作為重要的汽輪機輔助系統，能夠有效去除輕微的凝汽器換熱管壁結垢和黏泥附著，因此，做好膠球清洗系統的檢修維護，定期進行收球試驗，能夠有效保障膠球清洗系統運行，提高凝汽器的換熱效率。

隨著科學技術的不斷進步和發展，誕生了利用紫外線進行殺菌的循環冷卻水處理工藝，由于紫外線殺菌不向循環冷卻水中投加化學藥劑，無副總用，因此下一步有替代殺菌劑進行循環冷卻水殺菌滅藻的趨勢，但投資成本較高。

3、 循環冷卻水系統故障

循環冷卻水系統的故障包括菌藻生長導致的生物黏泥在凝汽器換熱管部位沉積、凝汽器換熱管結垢、凝汽器換熱管的腐蝕等。

2019年9月，公司機組檢修期間對冷卻塔進行了竹格填料的更換，竹格填料使用南方寬度5cm、厚度7-10mm的毛竹片進行制作，毛竹選用生長5年以上的優質新竹。填料更換完成系統運行一段事件后，汽輪機運行人員發現2臺汽輪機排汽溫度和端差不斷逐漸升高，汽輪機汽耗率明顯偏大，技術人員經過分析認為凝汽器換熱效率降低，現場檢查循環水池內循環冷卻水和冷卻塔內竹制收水器，發現循環水池濾網上積滿了藻類物質，收水器內側出現大量的青白色菌狀物和粘結物，水池內含有大量白色的菌絲體。分析認為汽輪機凝汽器換熱效率降低是由藻類和菌類微生物大規模生長導致的生物黏泥在換熱管壁沉積甚至堵塞換熱管引起的，藻類和菌類微生物的生長主要是因新竹內含有大量有機養分且冷卻塔內收水器位置提供了藻類和菌類微生物適宜生長的的環境溫度，大約在30℃-40℃之間。

為解決這一問題，我們采取交替投加氧化性和非氧化性殺菌劑的方式進行殺菌滅藻，而且投加量在正常運行基礎上增加一倍，經過連續一周的沖擊性交替投加殺菌后，凝汽器換熱效果有所提高，之后我們采用投加黏泥剝離劑的方式去除凝汽器換熱管壁附著的黏泥，汽輪機端差由最高時的18℃降至13℃，滿足機組帶負荷的需要，直至下次檢修期對2臺機組凝汽器進行高壓水清洗。

參考文獻

【1】 蔡銀鎖，賈少磊 紫外線殺菌技術在煉油廠循環冷卻水系統中的應用，《工業用水與廢水》2013年第3期。

【2】 朱航科 工業循環冷卻水問題分析與對策，《生態環境與保護》2019年2月第2卷第2期。