火电厂节能环保冷却塔落水发电方法

自然通风逆流湿式冷却塔的空气流动是由塔内
外空气密度差产生的抽力所引起的。在冷却塔中，
气水之间发生传热传质，空气温度升高，湿度增大，
密度减小。在配水系统上部的塔筒内，空气密度近
似均匀，抽力为
Ｈ ＝Ｈｅｇ（ρ１ －ρ２），
（１）
式中：Ｈｅ 为 冷 却 塔 的 有 效 抽 力 高 度，ｍ；ｇ为 重 力 加
本改造方案利用水轮发电机原理，对冷却水落 水势能再次利用，并利用具有降噪材料的导流板对 落水产生的声音进行降噪，改善侧风对冷却塔效率 的影响，转换落水势能进行发电，以达到节能环保、 节资降耗的目的。
图 １ 落水解决方案原理示意
１ 冷却塔落水发电解决方案
１．１ 水塔改造总体方案 总体改造方案为在冷水塔填料层下分层安装多
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华电技术
第 ４０卷
图 ３ 导流板俯视
表明，环境侧风风速越大，自然通风干式冷却塔出 口空气流速越小，侧风在塔内形成漩涡，使通风阻力 增大、空气流动性减弱；在均匀布水时，侧风造成塔 内气水比及传热传质沿冷却塔径向分布不均匀，导 致塔内部分区域冷却效果差、冷却能力偏低。通过 计算流体力学（ＣＦＤ）软件对湿式冷却塔进行数值研 究表明，侧风风速 ７．５ｍ／ｓ时的出水温度比无侧风 时升高 １．７Ｋ。因此，控制侧风对冷却塔性能的影响 具有普遍工程实践意义。
摘 要：介绍了一种火电厂冷却塔改造方案。方案采用市场已有的材料和设备进行组合，将冷却塔内落水的能量进行利 用，既解决了降噪等环保问题，又解决了防侧风、冷却水再利用的问题，提高了设备的效率与冷却塔的冷却效果。 关键词：冷却塔；改造；降噪；侧风；能量回收；效率；环保；导风板 中图分类号：ＴＫ２６４；ＴＫ７９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－１９５１（２０１８）０５－００６３－０５
度的集水箱中。可设置多个集水箱，通过输水管连 接将水输入水轮发电机进行发电。
（５）水 轮 发 电 机 出 水 管 呈 喇 叭 形 埋 入 水 下，工 作时形成真空可保证水轮发电机高效运行，进而提 高水水轮发电机的发电效率。 １．２ 导流板对侧风的改善
冷却塔性能受环境侧风影响较大。环境侧风的 存 在改变了冷却塔内空气流场的对称性：实验研究
（３）集水管组流量与集水箱容积需相匹配，确 保集水箱满水、集水管组内水位保持一定高度。尽 可能让 进 水 的 压 头 增 高，来 提 高 水 轮 发 电 机 发 电
收稿日期：２０１８－０１－１４；修回日期：２０１８－０４－２８
图 ２ 导流板、集水管组及集水箱侧视
效率。 （４）将压力相近的集水管组的水收集到同一高
第 ４０卷 第 ５期 ２０１８年 ５月
华电技术 ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１８
火电厂节能环保冷却塔落水发电方法
于德超１，吴蔚宇２
（１．中国华电永州风电有限公司，长沙 ４１０００４；２．中国能源建设集团 湖南省电力设计院有限公司，长沙 ４１０００７）
速度，ｍ／ｓ２；ρ１为塔外空气密度，ｋｇ／ｍ３；ρ２ 为塔内空
气密度，ｋｇ／ｍ３；Ｈｅ应是塔外大气在进风口半高处的
压力和塔内相应高度处空气的气压差。一般认为空
气从进风口中部以上开始吸热，直到喷嘴以下，且此
段空气密度呈线性变化，则有效高度取值为配水系
统上部到塔顶的距离与喷嘴到进风口半高处距离的
一半的和。
０ 引言
随着时代的发展，国家对环保的要求更加严格。 为了达到国家环保要求，目前国内火电厂多采用带 冷却塔的循环冷却方式来减少温排水对周边环境的 影响。但冷却塔冷却水从淋水盘落入水池中会产生 巨大的噪音，对周边的居民造成很大的影响。有很 多电厂为降低噪音，花费巨资建造声屏障等降噪设 备（某降噪设备成本高达 １６００万左右）。同时，冷却 水从淋水盘落入水池中的势能没有被利用是极大的 浪费。
个降噪材料的导流板，利用导流板对冷却水进行收 集。冷却水经过导流板下的集水管组，在集水箱进行 集中后输入到水轮发电机进行发电（如图 １所示）。
（１）在 冷 水 塔 填 料 层 下 分 层 安 装 导 流 板，目 的 是保证冷却塔的冷却效果、减小侧风，同时要尽最大 可能收集冷却水（如图 ２所示）。
（２）在导流板上开多孔并使其与集水管相连形 成集水管组。集水管组有序连通，将导流板上冷却 水汇集到集水箱（如图 ３所示）。
２ 性能计算分析
利用焓差法，综合考虑冷却塔的热力特性和阻 力特性，计算分析落水发电项目所提出的改造技术 对冷却塔的热力性能的影响。 ２．１ 计算分析目的
冷却塔落水发电改造技术，对冷却塔雨区的冷 却能力和阻力特性均带来了影响，进而影响到冷却 塔的热力性能。本次计算的目的是对改造后的冷却
图 ４ 水塔发电输出方案示意
加装导风板后，冷却塔径向漩涡及轴向漩涡影 响能力降低，冷却塔通风量增加、冷却能力增强。 １．３ 水塔发电输出方案
水塔落水带动水轮发电机发电不受外界影响、 转速相对稳定、供电品质较好。为避免水轮发电机 首次应用影响厂用电的正常供电安全，在水轮发电 机出口母线与厂用电工作段连接时设置隔离变压 器：水轮发电机通过发电机出口开关汇流至水塔水 轮发电机出口 ３８０Ｖ母线；水轮发电机出口 ３８０Ｖ母 线通过隔 离 变 压 器 开 关 进 入 隔 离 变 压 器，与 厂 用 ３８０Ｖ化水一 段 开 关 （或 在 水 塔 就 近 处 选 取 与 要 求 相符合的厂 用 工 作 段 ）相 连 接；水 轮 发 电 机 出 口 母 线与隔离变压器之间引出数路电源，用来供厂区道 路照明、宿舍用电、冲洗水泵等对用电品质要求不高 的小负荷用电，如图 ４所示。如水塔水轮发电机发 电不足，由 ３８０Ｖ化水工作段补充，如水塔水轮发电 机发电超出负荷所需，可通过化水变压器反送至厂 用电系统。
塔热力性能变化情况进行计算，分析专利 ＺＬ２０１７２
０８７９８１８．４所涉及的改造技术对冷却Байду номын сангаас性能的影响
趋势。
２．２ 计算分析方法
２．２．１ 冷却塔的空气动力计算
冷却塔空气动力计算的最终结果是求得总阻力
Ｚ和总抽力 Ｈ的平衡，即 Ｚ＝Ｈ。此时冷却塔内部的
气水流动达到稳定状态。
２．２．２ 冷却塔的抽力计算