淺談旋轉(zhuǎn)式濺水碟在火電廠自然冷卻塔中的應(yīng)用

程紅星

摘 要：簡(jiǎn)要闡述了火電廠自然冷卻塔傳統(tǒng)RC型噴濺裝置與旋轉(zhuǎn)式噴濺裝置的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)，介紹了旋轉(zhuǎn)式濺水碟在火力發(fā)電廠自然冷卻塔中的應(yīng)用，通過(guò)近2年在火電廠冷卻塔中的使用效果對(duì)比，有效地降低了循環(huán)水溫，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：火電廠 自然冷卻塔 濺水碟 節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0029-02

大唐林州熱電有限責(zé)任公司裝機(jī)容量為2×350 WM機(jī)組，是由上海電氣集團(tuán)公司設(shè)計(jì)、制造，2臺(tái)機(jī)組各配置設(shè)計(jì)由淋水面積為5 500 m2逆流式自然通風(fēng)冷卻塔一座，冷卻塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）淋水面積為5 500 m2。

（2）塔高為115 m。

（3）進(jìn)風(fēng)口高為7.6 m。

（4）塔筒喉部高為92.0 m。

（5）塔頂出口半徑為27.25 m。

（6）塔筒喉部半徑為25.92 m。

（7）塔零米半徑為44.89 m。

（8）環(huán)板基礎(chǔ)半徑為45.76 m。

（9）水池是深為2.0 m。

（10）淋水裝置由進(jìn)水壓力管、中央豎井、配水槽、梁柱支撐體系組成，為保證冷卻塔冬季運(yùn)行效果，在塔內(nèi)設(shè)置有隔風(fēng)板，進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置擋風(fēng)板，均為玻璃鋼制作。

（11）噴濺裝置設(shè)計(jì)型號(hào)為RC型，噴頭口徑有26 mm、28 mm、30 mm共3種規(guī)格，總數(shù)為5 500套噴濺裝置（如圖1）。

1 傳統(tǒng)噴濺裝置的淋水特點(diǎn)

（1）自然通風(fēng)冷卻塔在火力發(fā)電廠內(nèi)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種冷卻塔，其工作原理是，挾帶廢熱的冷卻水通過(guò)分水系統(tǒng)（槽式加管式）分配到噴濺裝置，噴濺裝置將水打散變?yōu)樾∷?，均勻的灑在淋水填料上，使其與空氣充分接觸，實(shí)現(xiàn)換熱的目的；其中的噴濺裝置的性能對(duì)換熱效果有著較大影響，其性能不僅影響噴濺裝置本身的換熱效果，還直接對(duì)主要換熱部件填料的性能有著較大影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到淋雨區(qū)的換熱和水塔的通風(fēng)效果。

（2）理想的噴濺裝置噴濺出的水滴應(yīng)均勻、細(xì)小、無(wú)中空、無(wú)傘狀水膜，這樣不僅可以保證水在填料頂面上分布均勻，而且通風(fēng)阻力小，與空氣接觸面積大、充分發(fā)揮配水過(guò)程中的熱交換效率。

（3）目前國(guó)內(nèi)常用的噴濺裝置主要有重力濺散型、反射型、旋噴型，上述噴濺裝置均無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)上述要求，各種噴濺裝置的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下。

①重力濺散型（PC型、PT型（或RC型））：水流出噴嘴后在重力或出口壓力作用下沖擊下方的濺水盤，使水濺成水滴，故稱重力濺散型。缺點(diǎn)：噴濺范圍小，均勻性差，在填料上存在無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)。

②反射型：反射型噴嘴下方有上、下重疊的兩層濺散盤，水向下沖擊下層濺散盤后經(jīng)鋸齒撕裂反射至上層的上盤上，又經(jīng)鋸齒再次撕裂，散落在填料上。缺點(diǎn)：水滴大、易掉頭、水頭小時(shí)，濺散效果較差，在填料上存在著無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)。

③旋噴型：水流在噴頭的蝸型殼體中旋轉(zhuǎn)，在噴嘴出口形成旋轉(zhuǎn)水膜沖擊下方濺散齒環(huán)，水膜濺散成水滴。缺點(diǎn)：易堵塞、水滴大、均勻性差，在填料上存在著無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)。

2 大唐林州熱電有限責(zé)任公司自然冷卻塔噴濺裝置目前存在的問(wèn)題

自然冷卻塔噴濺裝置采用RC型固定式噴頭，內(nèi)圈區(qū)域噴嘴口直徑為26 mm，內(nèi)圈和外圈中間區(qū)域噴嘴口直徑為28 mm，外圈區(qū)域噴嘴口直徑為30 mm，共5 500套，噴頭間距為1 m。該固定噴濺裝置阻力損失較大，水頭小時(shí)濺散效果較差，噴濺范圍固定不變，均勻性差，中部容易產(chǎn)生氣塞，水壓太低時(shí)變成直流，并且在填料上存在無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)，冷卻效果不佳，勢(shì)必會(huì)影響冷卻塔的冷卻效果，特別是經(jīng)過(guò)4～5年一段時(shí)間的運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)冷卻后的循環(huán)水溫最高時(shí)達(dá)到38 ℃（夏季），已經(jīng)嚴(yán)重影響了機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并且造成過(guò)多的水資源浪費(fèi)（如圖2）。

3 新型旋轉(zhuǎn)式濺水碟的的淋水特點(diǎn)

（1）新型旋轉(zhuǎn)式濺水碟包括連接管、支撐架、旋轉(zhuǎn)濺水碟與陶瓷旋轉(zhuǎn)裝置，支撐架固定在連接管的下部，在旋轉(zhuǎn)濺水碟得下端中心位置設(shè)計(jì)分體式陶瓷旋轉(zhuǎn)裝置，濺水碟上端面分布有旋轉(zhuǎn)槽，以增加水流沖擊后濺水碟的旋轉(zhuǎn)力度，旋轉(zhuǎn)濺水碟圓周邊緣均勻的分布具有徑向夾角的引導(dǎo)翅片，在支撐架底部設(shè)有座體，在座體的中心位置設(shè)有安裝孔，旋轉(zhuǎn)濺水碟通過(guò)分體式陶瓷旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)安裝在座體上的安裝空可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速能達(dá)到250～500 r，基本可保證在300 r/min，這樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、濺水碟周邊的翅片不易斷裂、運(yùn)行中不易堵塞、不歪斜、無(wú)中空現(xiàn)象，大大提高了自然冷卻塔長(zhǎng)期高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能力。

（2）旋轉(zhuǎn)式濺水碟克服了反射型掉頭、易堵塞、斷裂、散水不均勻等缺點(diǎn)，由于勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大小而又不等的規(guī)則水滴，均勻地?zé)o固定軌跡地散落在填料上，實(shí)現(xiàn)了水與空氣均勻接觸，在夏季高溫大負(fù)荷情況下，循環(huán)水量大，水位高、旋轉(zhuǎn)速度快、噴濺范圍將會(huì)增大，交叉淋水均勻性將會(huì)大大提高，多個(gè)噴頭的交叉作用的效果將會(huì)更好，能夠滿足大負(fù)荷發(fā)電的高真空要求。在冬季情況下，循環(huán)水流量減小，水位降低，如果濺水碟上不噴嘴不出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，水靠自然下落仍會(huì)產(chǎn)生沖擊力，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)濺水碟旋轉(zhuǎn)，水流將繼續(xù)被分濺出去，灑水效果將不會(huì)惡化。在最差情況下，旋轉(zhuǎn)濺水碟不旋轉(zhuǎn)，水流經(jīng)噴頭出水口流出將會(huì)通過(guò)直徑110 mm的濺水碟將水灑向四周，其噴濺范圍與均勻性也要優(yōu)于其他3種固定型濺水碟。

4 旋轉(zhuǎn)式濺水碟在林州電廠的應(yīng)用

（1）利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)#2涼水塔噴濺裝置進(jìn)行了更換為旋轉(zhuǎn)式濺水碟，在內(nèi)圈區(qū)域安裝的濺水碟噴嘴直徑為26mm，在內(nèi)圈和外圈中間區(qū)域安裝的濺水碟噴嘴直徑為28 mm，在外圈區(qū)域的濺水碟噴嘴直徑為30 mm，共5 500套，噴頭間距1 m。

（2）旋轉(zhuǎn)式濺水碟安裝后使用效果。

①濺水碟制造材質(zhì)均用ABS工程塑料，在65 ℃條件下不軟化變形，在-30 ℃條件下不脆裂、不破碎，可在冷卻水采用城市中水介質(zhì)下使用12年以上（如圖3）。

②旋轉(zhuǎn)式濺水碟淋水范圍大，淋水均勻性較好，不存在無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)，能夠徹底達(dá)到均勻散水的目的，以提高自然冷卻塔的冷卻效率。

（3）旋轉(zhuǎn)式濺水碟經(jīng)濟(jì)效益分析。

①在同樣水流能力下旋轉(zhuǎn)式濺水碟比傳統(tǒng)固定式噴頭的淋水面積增加30%左右見噴灑效果（見圖4）。

②自然冷卻塔冷卻水效果比對(duì)。對(duì)冷卻塔填濺水碟經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，循環(huán)水溫得到了有效的降低，與2014年度同期相比，凝汽器進(jìn)水溫度降低了2.73 ℃左右。

③對(duì)涼水塔濺水碟的更換后提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過(guò)計(jì)算，循環(huán)水溫每降低1 ℃可以降低發(fā)電煤耗0.56 g/kWh，年效益達(dá)84.12萬(wàn)元。#2涼水塔濺水碟經(jīng)過(guò)更換后綜合測(cè)算循環(huán)水溫降低了2.5 ℃，每年經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到210.3萬(wàn)元。

5 結(jié)論

（1）旋轉(zhuǎn)式濺水碟安裝投運(yùn)后檢查淋水效果發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)式濺水碟淋水范圍大，噴灑半徑達(dá)1 m左右，相鄰的濺水碟噴灑范圍可以相互交叉，能夠達(dá)到無(wú)中空效果，且淋水均勻，基本上不存在無(wú)水區(qū)、輕水區(qū)和重水區(qū)，達(dá)到了技術(shù)優(yōu)化的理想效果。

（2）根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比可以看到，#2冷卻塔濺水碟優(yōu)化后冷卻效果明顯，經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，優(yōu)化前比優(yōu)化后冷卻能力提高了20%左右，出塔冷卻水溫降低了2.5 ℃左右，提高機(jī)組真空0.6 kPa左右，相當(dāng)于每發(fā)一度電煤耗降低約1.4 g，一年內(nèi)即可收回成本。

（3）在優(yōu)化旋轉(zhuǎn)式濺水碟的同時(shí)對(duì)冷卻塔填料進(jìn)行優(yōu)化或進(jìn)行冷卻塔填料翻塔作業(yè)，自然通風(fēng)冷卻塔的冷卻效果將更加突出，年節(jié)能降耗目標(biāo)更加明顯。

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