沈阳金山热电冷却塔防冻方案的研究与实现

沈阳金山热电冷却塔防冻方案的研究与实现

摘要：双曲线型自然通风冷却塔是发电企业重要的冷却水系统构成部件，但在中国北部地区的冬季运行时，极易产生挂冰等冻害问题。分析冻害产生的原因和目前防冻措施的不足，通过实际调研和多种小样模拟研究，设计实现一种自动启闭式挡风板防冻系统，有效解决金山热电分公司冷却塔的冻害问题，运行效果证明该系统也可用于其他北方电力企业。

关键词：冷却塔防冻挡风板

中图分类号：tk264.1 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）008-026-03

1 引言

为满足国家经济、社会生活的正常发展，大型发电企业的数量逐年增多，这些发电厂对冷却水有着惊人的需求量，例如，一台10?？05kw的发电机，大约需要30m2/s的水量去冷却，这些冷却水如果单纯来自河流湖泊等，不仅供应压力大，而且会产生热污染等严重问题。因此，发电企业，尤其是缺水地区的发电企业多采用冷却塔来构成循环水冷却系统的主要部件。冷却塔将循环冷却水在其中喷淋，在水与空气流动接触后进行冷热交换，产生蒸汽，蒸汽在挥发过程中带走热量，从而达到蒸发散热、对流传热和辐射传热的目的，最终降低水温，保证系统的正常运行。

2 冷却塔的冬季挂冰问题

在大型电厂中，双曲线型自然通风冷却塔最为常用，其由集水池、

支柱、塔身和淋水装置组成。集水池多为在地面下约2米深的圆形水池。塔身为有利于自然通风的双曲线形无肋无梁柱的薄壁空间结构，多用钢筋混凝土制造，塔高一般为75～110米，底边直径65～100米。塔内上部为风筒，标高10米以下为配水槽和淋水装置，淋水装置是使水蒸发散热的主要设备。运行时，水从配水槽向下流淋滴溅，空气从塔底侧面进入，与水充分接触后带着热量向上排出。冷却过程以蒸发散热为主，对流散热为辅。双曲线型冷却塔比水池式冷却构筑物占地面积小，布置紧凑，水量损失小，且冷却效果不受风力影响，又比机力通风冷却塔维护简便，节约电能。

金山热电分公司有一台3500㎡的双曲线型冷却塔，但由于电厂地处中国的东北部地区，冬季温度通常在0℃以下，冬季运行时，小部分循环水沿冷却塔进风口上缘慢慢下落，与冷空气接触后结冰，并逐渐形成冰柱，乃至连接成冰墙。冰柱或冰墙极易对堵塞进风口，造成冷却塔通风不畅，严重降低冷却效果，极端情况下还有可能坠落伤人、危害操作人员和冷却塔本身的安全，是北方发电企业冬季运行的安全隐患。因此，冷却塔的防冻措施也成为金山热电分公司关注的焦点。

3 冷却塔自动启闭式挡风板防冻装置的设计

双曲线型自然通风冷却塔冬季运行的典型防冻措施之一是采用人工悬挂挡风板的方法，即在冷却塔的进风口处悬挂挡风板，并根据大气风向、风速、温度、湿度及循环水进出塔温度差，适时调整挡风板的悬挂方位、数量，防止冷空气侵入塔内。一般而言，淋水

装置处的气温应维持在0℃以上，池水温度应维持在10～15℃以上，以消除挂冰现象。同时，配合其它防冻措施，达到冷却塔冬季高负荷运行的安全性和经济性。

然而，传统的人工悬挂式挡风板的方式工人劳动强度大，安全系数低，而且挡风板调节极为不便。为此，本文经过实际调查和研究，通过多种模拟挡风板小样的设计和运行，并基于相应的设计、制造和验收标准和规范，如《电力建设安全施工管理规定》、

gb50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》、gb50017-2003《钢结构设计规范》、jgj81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》、

gb50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》和gb50212-91《建筑防腐工程施工及验收规范》等，设计实现了一套自动启闭式挡风板防冻系统，该装置能突出冬季运行挡风板的调节作用，提高冷却塔冬季运行的管理水平，很好地解决了金山热电分公司冷却塔的冬季挂冰等问题。

3.1 设计要求

在不影响挡风板原有作用的前提下，为更好地解决冷却塔的防冻问题，本防冻方案提出了以下设计要求：

（1）冷却塔在春、夏、秋、冬四季运行，故防冻装置能视风向、风速及大气温度及时调整挡风板角度。

（2）此防冻装置应特别适用于沈阳金山热电等冬季气温在0℃以下运行的各类通风冷却塔，其在冬季可关闭挡风板起防冻作用，避免冷却塔凝冻损坏淋水装置。

（3）为解决传统挡风板重量重、体积大、易损坏，悬挂、摘除工作量大，人工操作不安全等问题，最好改悬挂式作业为简易手动控制作业。

（4）为操作方便、实用经济、安全环保，可旋转挡风板应控制自重，外表整齐美观，同时操作方便、安全，运行成本低。

（5）挡风板安装不应破坏原冷却塔结构，不能影响原冷却塔的正常运行，无需拆卸，旋转运动灵活，不影响风量和冷却效果。（6）为减轻劳动强度，保证了作业人员的人身安全，挡风板的开启角度可以通过机械等方法进行控制，达到调整冷却塔进风量及封闭防冻作用。

3.2 系统组成

3.3 系统设置的具体措施

挡风装置以距地面人字柱外边缘约1000mm的圆周上设置，垂直于地面，高于进风口高度，通风面积在大于原冷却塔通风面积的基础上形成“□”框架结构。“□”框架与冷却塔塔筒之间用与水平成一定夹角的顶棚覆盖阻止进风。为了便于今后冷却塔塔芯材料的维修等，特设4处通道门，门处挡风板采用折叠式安装。

3.4 系统的操作方法

4 总结

冷却塔作为一种大型工业用冷却装置，其高效运行涉及到空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、结构力学、加工技术等多学科领域，是发电等企业，尤其是缺水地区发电企业的

重要运行设备。本文重点针对北方地区冷却塔的冬季挂冰问题，探讨了冷却塔冻害产生的原因，设计实现了一种用于冷却塔防冻的挡风板自动启闭式装置，并在沈阳金山热电分公司获得了工程应用，实际应用表明，该装置能有效解决冷却塔冬季应用时的冻害问题，有效消除了挂冰等安全隐患，实际装置获得了实用新型专利认证。参考文献：

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