河北华强冷却塔塔芯的优化改造

一、冷却塔存在的问题
    我公司目前所使用的冷却塔是湿式双曲线自然通风逆流冷却塔，冷却面积750m2。该塔经过多年的运行暴露出结构、填料支撑及配水系统存在诸多不合理之处，极大地降低了冷却塔的出力，已不能满足多机组运行要求，并严重的影响了汽轮机组在夏季的安全运行。该塔存在的问题主要有：
    1．填料支撑系统风阻大
    双曲线自然通风塔是靠塔筒顶部与底部的空气密度差，使塔底冷空气获得上升推动力，从塔的进风口通过高大的双曲线形塔筒被抽向塔顶，从而在冷却塔的填料层面形成一定速度的空气流，与下淋的热水进行热交换，达到热水冷却的目的。因空气流动的动力完全来自塔筒的抽力，因此，自然冷却塔的阻风面积有一定要求。该塔采用容重大的水泥格网填料，填料支撑系统较复杂，风阻过大。实塔测试表明：塔内的空气流速低于0.5 m/s。
    2．槽式配水系统配水不均
    该塔采用槽式配水，其缺点是：矩形的硅配水槽体积大，绕流性差，对气流的阻力大，由于该塔的中央竖井及主水槽、水分槽、配水槽因施工误差大，其上的出水口各自都不在同一水平面上，存在高低水平的现象，导致低水平位置的配水槽水量大，高水平位置的水量小，甚至呈干涸状态。配水系统的倾斜是自然通风塔配水不均匀的另一原因。
    3．喷溅装置淋水不匀
    通风塔使用的喷溅装置为反射式喷嘴。这些喷溅装置存在着水膜布水中空现象、易堵塞、配水管变形等问题，很难实现淋水的均匀喷洒，再加上该塔配水槽的倾斜，使双曲线自然通风塔布水不匀，导致冷却塔配风不均匀，淋水密度大处通风阻力大，淋水密度小处通风阻力小，气流形成短路。气水之间不能充分换热，影响了冷却塔的冷却效果。
    4．收水器
    通风塔使用的收水器为FRP（纤维增强塑料）弧型板式，收水效率很低，其飘滴损失率高达0.1%，并且在运行过程中易变形、老化，对通风及飘滴造成更大的影响。更为重要的是FRP为易燃材料，在安装施工及日常维护过程中，易发生安全事故。
    二、冷却塔优化改造实施
    鉴于双曲线自然通风塔对阻力的高度敏感，首先应重视对填料的选型，对热力特性和阻力特性要两者兼顾，要特别重视填料本身对进塔风的阻力，有些填料虽然在试验装置中呈现出较高的热力特性，但由于其风阻较大，用在对阻力十分敏感的双曲线自然通风塔内并非最优。经验告诉我们，如果双曲线自然通风塔内的风速达不到1.0～1. 2m/s，填料的热力特性再好，也发挥不出填料的优势，没有足够的冷空气，气水的热交换就无法充分进行。
    配水不匀是影响双曲线自然通风冷却塔冷却效果的另一个重要因素。配水系统如果设计不合理，必然导致从配水管开始就产生配水不均；再者，反射型喷淋装置的形式较为落后，存在水膜布水中空等弊端，如果不能使塔内出水口在同一水平面上喷淋，就会加大布水不均及通风阻力。
    由于双曲线自然通风塔的风速完全撒于塔体结构，一旦塔体建成投入运行，就难于改变进入塔体的风速。因此只有从改进凉水塔的结构设计入手，尽可能减少塔内每一构件对进塔风的阻力，才能保证进塔风达到最大风速。
    针对该塔的现状及存在的问题，进行如下优化改造。
    1.尽可能的减小塔内风阻，将原有水泥格网填料更换为改性PVC薄膜填料。该填料片厚为0.45mm，比网格填料的阻风面积大大减小，其有效通风表面积约150m2/m3，较水泥格网填料大3倍以上，有效通风面积的增大在减小了风阻的同时增大了凉水塔热交换面积，提高了换热能力。
    2．填料选择采用薄膜填料后，其容重极大减轻，因此，填料支撑系统的次梁隔一去一减少一半，总风阻面积可减少7.1%。同时将填料的承托改为钢管，由于钢管的弧面与填料的接触面很小，并且钢管具有良好的绕流性，可进一步降低风阻和配水的通流面积。改造前后见图。 
 

    3．将配水槽两侧配水口全部封死，全部改由槽底配水，确保每一喷头的进水口处于同一水平面，使其每一喷头的水压、出水量相同，彻底解决了由于配水不均带来的不良影响。改造前后如图2所示。 
 

    4．将现有的反射II型喷头更换为机力通风塔采用的WNⅡ型蜗牛喷头。该喷头喷溅方式为水滴喷溅，比水膜喷溅方式风阻小，喷淋均匀、无中空，可极大提高喷淋均匀效果。并具有良流性、进出口直径大、无堵塞的特点，非常适用于薄膜填料。
    5．收水器改为MWDP70多波收水器，它具有收水率高、风阻适中的特点，既降低飘滴损失，又不增大通风阻力。
    6．根据气象参数θ1=32.2℃、τ1＝27. 8℃、p = 99992Pa和工艺参数τ1=45 ℃、τ2 =34℃，经过热力、空气动力计算，求得该塔的工作点参数为：设计气水比0.669，进塔空气量247.69万m3/h，单塔冷却水量4522 m3 /h。
    三、改造效果
    我公司共有750M2双曲线自然通风冷却塔2座，改造前，如2001年夏季，两塔共可处理3000 m3/h循环冷却水量，只能满足发电量为12MW、带抽凝的6#机组单独运行，并且夏季最高循环冷却水温为τ1=49 ℃，τ2=37～38℃，Δt=11～12℃。最多只能满足两台机组运行。改造后，2002年夏季在1#塔已改造、2#塔未改造情况下，两座冷却塔循环水量共为7400m3/h，4#59W机组，5#7.5MW机组，6#12MW机组（三机组均在纯凝工况下满负荷），可全部投入运行，夏季最高水温为τ1=50 ℃，τ2=39～40℃，Δt=11～12℃。
    平均实测风量1#塔为238.29万m3/h，2#塔（未改造）为207.12万m3/h；改造后发电机组年增加发电量为216万KW•h，若每度电按0.45元计，则增加产值97.2万元。另外，机组真空平均提高0.1%。