自然通风冷却塔填料非等高布置的试验研究

原因之一。一般情况下，对300MW 机组，出塔 水温度降低1℃，凝汽器真空提高400Pa ～ 500Pa，发电煤耗下降1.0g /( kW·h) ～ 1.5g /( kW·h) ［4］。在夏天由于循环水温度高而限制机 组负荷时，循环水温度升高1℃发电煤耗升高3.6g /( kW·h) 左右［5］。因此，冷却塔的冷却性能关系 到电站运行的经济性、稳定性和安全性，提高冷 却塔的冷却性能可以达到降低发电煤耗，提高机 组效率。随着目前 “厂网分开、竞价上网”的电力 体制改革, 它的重要性已被人们所重视［6］。
5.结束语
该机组冷却塔采用填料的“非等高布置”以及 配水系统优化，使配水与配风相协调。外围区域 空气流速的流量较大，配水量也应较多；内围区 域空气流速和流量较小，配水量也应较小，适当 调整喷嘴装置口径，以匹配塔内空气流场，做的 风量大的区域水大，风量小的区域水小，达到塔 内各区域气水比趋于一致。有效的提供了冷却塔 的冷却能力和降低了冷却塔的幅高，提高了机组 的经济性。
1.3.冷却塔热力性能评价
冷却塔运行性能的好坏直接体现在冷却循环 水出塔水温 (即凝汽器循环水的入口水温), 它直 接影响到凝汽器真空度, 进而影响机组的功率和 热经济性［6］。通常情况下，以冷却塔的冷却幅高
和冷却塔的冷却能力来评价冷却塔的热力性能。
冷却塔冷却幅高为冷却塔循环水温出塔水温与大
气环境的湿球温度之差，抛开环境的影响来评价
KEY WORD: “ Non-equal height arrangement ” ; Rotating nozzle; Cooling capacity ’ ; Cooling amplitude; Economy
摘要：自然通风冷却塔是火电厂中重要的冷端设备之一， 其冷却性能对电站的经济和安全运行有重要的影响；通过 介绍某 300MW 机组冷却塔填料的“非等高布置”以及旋转 喷嘴的改造，有效的提高了冷却塔的冷却效率和降低了冷 却塔的冷却幅高，提高了机组的经济性。
ABSTRACT: The cooling tower is one of the most important equipments of condensing and cooling system in power plant, and its operational performance influences greatly the safety and economy of generating unit. Introduction the transformation of the packing layer "non-high arrangement" as well as rotation of the nozzle of one 300MW unit ‘s cooling tower, effectively improve the cooling efficiency of the cooling tower and reduces the cooling amplitude to improve the economy of this unit
冷却塔出塔水温的高低。冷却塔的冷却幅高差值
增大, 则说明冷却塔的运行状态恶化。
冷却塔的冷却能力的评价，通常根据《工业
冷却塔测试规程》(DL/T1027-2006) 2006[8]中 6.6
（测试结果评价标准）中 6.6.1.2 冷却水温对比法，
分别做出各个工况下的出塔水温计算图，计算出
实测参数下冷却水温差△td 与该工况下实测冷却
3.2 冷却塔幅高
在改造前的性能试验中，两种工况下，冷却 塔的平均冷却幅高为 7.41℃；在改造后，冷却塔 的平均冷却幅高为 5.36℃，降幅为 2.05℃。换言 之，冷却塔的出口水温有效的降低了 2.05℃。 3.3 冷却塔冷却能力
根据《工业冷却塔测试规程》(DL/T1027-2006) 2006[8]中 6.6（测试结果评价标准）中 6.6.1.2（冷 却水温）对比法，分别计算出改造前后冷却塔的 冷却能力。改造前，冷却塔在两个工况下的平均 冷却能力为 93.78%，未达到设计要求，而在改造 后，冷却塔的平均冷却能力达到 102.12%，超出 设计要求。冷却能力提高了 8.34%。
of the natural cooling tower
ZHANG Rong-xin (Chengdu Electrical Technology Branch Institute of GUO-DIAN Electrical Science and Technology
Research Institute. Chengdu61000.China)
2.2 测试数据处理
测试出来的试验数据根据文献[8]中的要 求，进行处理和计算。
2.3 试验工况
试验在两个工况下进行。工况一：一机双泵， 工况二：一机单泵； 1) 工况一试验时，两台循环水泵运行，将机组
负荷调整到 80%额定负荷以上，关闭冷却塔 的所有补水、排污，稳定运行 1 小时后开始
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3.1 冷却塔出口风温
在冷却塔的 4 个主水槽上，每侧按照等面积法 共布置了 8 个测点来测量出塔风温，主要试验数 据如下表 2 和图 1 所示。每个测量点位的数值均 为 4 个相同点位数值的平均值。
表 2：出塔风温-塔内位置
位置
15. 22. 27.
38. 41. 44.
（m）
72
2 31.4 35.2 5 6 5
4.改造效果
通过查阅机组凝汽器入口水温与机组排汽压 力关系曲线，出塔水温在25℃时，每降低1℃， 凝汽器真空可提高0.43kPa，因此该机组的在冷却 塔幅高降低2.05℃后，凝汽器真空可提供0.86kPa； 排气压力每提高1kPa，煤耗值可降低约1.35g/ （kW.h），因此该机组可降低煤耗为1.162 g/ （kW.h）。按每台机组年发电量为8亿千瓦，则每 年可节约标准煤约1080吨，标准煤按500元/吨计 算，则每年可节约资金54万元。
塔总高：115.70m
湿球温度：24.9℃；
进风口高：7.691m
相对湿度：82%；
喉部内半径：24.5m
大气压力：943.40hPa
塔顶出口内半径：25.94径：42.854m
该冷却塔于2004年建成并投入使用的，采用 高度为1m的S波PVC淋水填料，标准件尺寸为 1000mm×500mm×500mm(长×宽×高)，采用搁置 法分两层安放填料。喷溅装置为多层流型，内区 喷嘴口径为Φ26，外区喷嘴口径为Φ28。该冷却塔 经过10年的运行后，填料和喷溅装置大部分损坏， 冷却塔冷却幅高偏高，冷却能力偏低。该冷却塔 于2015年进行改造，填料采用“非等高布置”，填 料高分为三个区，内区为塔中心15m，填料高度 为1m；中间半径为15m到30m，填料高度为1.25m； 外区半径为30m到44.5m，填料高度为1.5m。喷溅 装置采用旋转喷溅装置，内一区采用Φ22mm的喷 嘴，中间区域采用Φ24mm和Φ26mm的喷嘴，外 区采用Φ28mm的喷嘴。为确定该冷却塔改造前后 的冷却性能，特委托国电科学技术研究院成都电 力技术分院进行相应的性能测试。
1.冷去塔参数及热力性能评价方法
1.1 冷却塔参数
本文以某公司双曲线型自然通风冷却塔为研 究对象, 它们的淋水填料面积分别为5500m2。冷 却塔的几何参数和环境参数如下表1所示：
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表1. 5500m2冷却塔原始数据
几何参数
环境参数
淋水面积：5500m2
干球温度：26.9℃；
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自然通风冷却塔填料“非等高布置”的试验研 究
张荣欣
(国电科学技术研究院成都电力技术分院，四川成都，61000)
Experimental research of The “Non-equal height arrangement” of packing layer
1.2.淋水填料的影响
冷却塔中热交换的主要部位是淋水填料区, 它对喷溅下落的水柱形成阻拦, 在填料面积形成 很大的水膜及水滴, 充分与周围的冷空气接触, 从而使循环水得到冷却。在无环境侧风影响时， 配水区、填料区和雨区循环水冷却负荷分别约为 冷却塔总冷却负荷的 5% ～ 10%、65%～ 70% 和 20% ～ 30%［7］。填料区的换热是影响冷却塔 换热效率的决定性因素。
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参考文献
[1] 赵振国． 冷却塔［M］． 北京: 中国水利水电出版社，1997． [2] 史佑吉． 冷却塔运行与试验［M］． 北京: 水利电力出版社，
1990． [3] Robert Burger. The Overlooked Energy Conservation Machine
冷却塔淋水填料的布置方式大多为等高等距 布置，等高布置即为全塔填料采用一个高度，等 距布置即为全塔填料采用一种片距。实际上，冷 却塔内的空气流场是非均衡的，沿径向从外到内 表现为：空气流速逐渐减小、温度逐渐升高、含 湿量逐渐增加、新风量逐渐减小、吸热吸湿能力 逐渐降低。加之每一个冷却塔所处的环境参数不 同，塔外空气流场会进一步加剧塔内空气流场的 非均衡性。因此，非均衡的空气流场就要求非均 匀的填料场来匹配，采用非等高或非等距布置方 式，而非目前常见的等高等距布置。
试验记录； 2) 工况二试验时，机组负荷与工况一负荷相接
近，一台循环水泵运行，关闭冷却塔的所有 补水、排污，稳定运行 1 小时后开始试验记 录； 3) 视运行情况而定，可在试验工况一和试验工 况二之间补水； 4) 如果试验期间气象条件变化较大，每个试验 工况可适当延长记录时间。
3.试验数据
根据《工业冷却塔测试规程》(DL/T1027-2006) [8]，在该冷却塔改造前后，对其进行性能测试。 其主要数据对比分析如下：
水温差△tt 之比，并按下式评价冷却能力。
式中：
ηst= △td /△tt ×100%
ηst——以冷却水温评价的冷却能力，%
△td——计算水温差，℃
△tt——实测冷却水温差，℃
2.试验方法
2.1 数据的测量
1) 冷却塔性能试验数据的测试主要包括：大气 压力、风速、风向；大气干湿球温度；进塔 水温；出塔水温；进塔循环水流量；出塔风 温；出塔风速等。
2) 进塔干湿球温度的测量必须注意要使用机 械通风式干湿球温度仪，否则会由于环境热 辐射而使得测量的湿球温度值偏小，造成计 算结果偏差。一般在试验中，将测量大气参 数的仪器放置于离塔 15-20m 远的气象厅内， 避免阳光直射。
3) 塔内风温和风速的测量采用划分等面积的 方式布置测点，试验中在塔内 4 条主水槽上 部各布置 8 组风温和风速测点。
改造前 31. 31.
32. 31. 32.
风温
1 1 29. 29.6 30.2 2 5 5
改造后 风温
31. 30. 19
30. 3 30.5
31. 31. 31. 31.2 6 8 9
图 1：出塔风温-塔内位置
从表 2 和图 1 中可以看出，改造前，出塔风温 在内区 20 米以内和外区 35 米以外，风温较高， 而在中间区域，风温较低。这主要是由于塔内配
关键词：“非等高布置”；旋转喷嘴；冷却能力；冷却幅高； 经济性
0.引言
自然通风冷却塔是火电厂中重要的冷端设备 之一，其性能对火电机组运行的经济性和安全性 有较大的影响[1,2]。Burger[3]强调冷却塔是被忽略的 节能设备, 由美国电力科学研究院(EPRI)和田纳 西流域管理局 (TVA) 提供的报告表明, 所调查 的电站85 % 以上的冷却塔仅具有80 % 左右的 冷却能力, 冷却能力不足是影响电站性能的主要
水情况和空气动力场决定的。改造前，由于外区 配水量较大、内区空气流量、流速较小等因素， 造成靠近内区和外区的风温较高，而中间区域的 风温较低。冷却塔填料采用“非等高布置”后，各 个区域的出塔风温基本趋于一致，即塔内各个区 域达到一致的气水比，一致的气水比说明冷却塔 各区域的换热潜能得以最大化的发挥。