冷却水塔配水与喷溅装置改造2

冷却水塔配水喷溅装置改造探讨

内容提要：通过改进喷溅装置和配水校核计算，可改善水塔布水的均匀性，提高水塔换热效率，降低水塔出水温度，导致凝汽器真空提高，机组发电能力增强。

王国春

一、凝汽器与水塔换热示意图

在常规能源供应日益紧张的今天，各国研究人员已对锅炉、汽轮机作了大量深入细致的研究工作，进行了相应的优化调整以提高热效率，保证它们在最优状态下运行。现在，围绕节能降耗，更多的工作已逐渐转向电站的冷端系统，主要是降低汽轮机的排汽温度，提高朗肯循环的热效率，有以下两个大的方面：一是凝汽器的强化传热，提高其真空度；二是研究冷却塔出水温度的降低途径，提高塔的效率。

二、凝汽器换热与水塔换热的耦合关系

1、凝汽器的热平衡方程

D（i p-i n）= D L C（t2-t1）= D L CΔt （1）

式中D—进入凝汽器的蒸汽量；

i p—排汽焓；

i n—凝结水焓；

D L—进入凝汽器的冷却水量；

C—凝汽器的换热系数

t2-t1—凝汽器出口与进口水温或水塔的进水与出水温度；

Δt—凝汽器出口与进口水温差或水塔的进水与出水温差降。

公式（1）可见，在正常情况下，Δt变化与水量有直接关系。这是因为冷却水在凝汽器出、进口的水温升决定水塔进、出水的水温降，反之不成立。

如果D L下降，其它条件不变，Δt增大。

另外排汽量D增加，真空不变，D L C不变，Δt升高；

各因素不变，如果Δt增大，必定导致真空升高；

2．凝汽器的换热特点决定冷却塔的入口温度与冷却幅度

凝汽器的主要作用是在汽轮机排汽室处建立并维持所需要的真空。凝汽器的压力由排汽温度决定。排汽温度为：

t n=t2+Δt+δt （2）

式中：t n—凝汽器进口蒸汽温度，℃；

t2—冷却水入口温度，℃；

Δt—冷却水在凝汽器中温升，℃；

δt—排汽温度与冷却水出口温度差，称为端差，℃。

从公式（2）可见，凝汽器的冷却水入口温度t2就是水塔的出水温度，冷却水在凝汽器中的温升Δt就是水塔的冷却水温差降——冷却幅度。

1）冷却水入口温度t2：受水塔散热情况影响，假设其它条件不变，如果水塔的出水温度降低使凝汽器冷却水入口温度降低为t21，排汽的温度必然降低为t n1，因此在相同负荷和冷却水量下，真空升高，机组热效率提高（见下图）。

2）温升Δt：主要取决于冷却水量、热负荷。

3）端差δt：主要取决于换热管表面清洁程度、漏气量。

湿饱和蒸汽和冷却水温度变化示意图

三、水塔换热特性

1．水塔的换热关系

在水塔中，水向空气散热有两种形式：接触散热和蒸发散热。

热平衡方程：

dQα=α（t-θ）dF+1.61βp（1-X）p a≈βx（t-θ）dF （3）式中：dQα—水传给空气的热量

α—接触散热系数

t—水的表面温度

θ—空气的干球温度

dF—换热面积

βp—以含湿差为基准的蒸发散热系数

X—以含湿差为基准的计算数，X < 1

p a—大气压力

βx—综合散热系数

从公式（3）可见，水塔是对水所携带的热量进行散热，如果散出的热量不变，自然环境不变，即：θ不变，dF不变，淋水效果变好能使综合散热系数βx 增加，使t-θ下降，必定使出水温度t2下降。研究综合散热系数βx的影热响因素，必须了解水气交面热阻。

2．水气交面热阻的影响

在散热中，水体表面首先散热、降温，水体内部温度高于水表面温度，形成温度差，使水体内部的热量，通过热传导不断传到水面，再通过蒸发和接触散热到空气中，这个热传导过程存在着水气交面热阻，水体越厚，空气越薄，热阻越大，传热越慢。

水体内部和表面温差的大小，不但取决于导热的快慢，还取决于水的流动情况，即水层的厚薄及水流发生掺混的程度等因素，所以，为了提高冷却效率，填料内的水流厚度应尽量薄、水体能够不断与空气掺混交换，以减低水气交面热阻。水体是有限的量，由于散热使温度降低；空气量是无限的量，其入口参数不因吸热而变化。所以，如果水膜太厚或其它原因增加了空气阻力，必定减少空气量，使对水体的吸热量减少，引起水塔出水温度升高。

喷溅装置的淋水效果差、损坏、填料结垢或堵塞均影响空气阻力。

四、配水系统简介

配水系统是对循环水的冷却处理，使空气和水均匀通过淋水填料防止气水短路。配水过度不均，导致塔内空气分布过度不均。水流的有无和大小基本代表了塔内风的阻力分布，很少的气流从淋水密度大的区域通过，在干区短路，造成有水的地方缺气，有气的地方无水，水气不能充分换热，导致传热效率低，塔的冷却能力衰减。

配水均匀直接关系到冷却塔的效率、能耗与投资，实际测量结果表明，在配水不均匀的情况下，最大与最小淋水密度之差达2～4倍，导致水温相差达4～5℃．研究冷却塔的配水均匀性问题，具有很好的技术、经济和现实意义，目前国内外尚没有明确的配水均匀性计算方法。

1、研究冷却塔出水温度的降低途径，提高塔的效率

1）、配水的好坏直接影响着填料能否被合理有效的利用。空气和水热质交换进行的程度，影响到出塔水温。

2）、斯洛文尼亚卢布尔雅那(LjubUana)大学的研究者们借助遥控机器人测量冷却塔内部的空气温度、速度得到塔内空气流场，对塔内横断面各处的空气分布有了清楚的认识，通过合适的配水，使之与配风相协调，塔横断面各处的气水比趋于一常数，因而传热均匀，减小了熵增，提高了塔的冷却效率。实验表明，改造后的配水方式使得冷却塔的出塔水温比均匀配水降低了1．4℃，塔的冷却效率提高了5．5％。

3）、冷却塔的配水方式发展到今天已基本成型，下一步应努力提高冷却塔的效率，单从配水这方面讲，喷溅装置的特性、安装个数、分布方式是影响配水好坏的重要因素；从优化配水上讲，实现配水与塔内空气动力场(温度场、速度