国产大型高位冷却塔冬季运行概述

国产大型高位冷却塔冬季运行概述

井立华

（神华国华寿光发电有限责任公司山东潍坊262714）

摘要：高位收水冷却塔相比较于常规自然冷却塔以其节能、降噪、冷却能力强和保护塔基础等优势在我国百万机组火力发电市场中具有非常广阔的应用前景，但也暴露出了一些问题，主要表现在寒冷冬季结冰损坏冷却塔内的填料以及局部填料挂冰下坠后砸坏收水斜板造成漏水等一系列问题。本文以我国某百万机组电厂使用的高位收水冷却塔为背景，对其循环水系统的冬季运行措施进行了介绍，以最大程度的解决冬季结冰问题，从而减少运行事故和设备损坏，可以为日后高位收水冷却塔的设计以及在寒冷地区的应用提供部分参考。

关键词：循环水；高位冷却塔；冬季；防冻

1引言

1996年，陕西蒲城电厂由西北电力设计院自行试验、设计建成了2座4750m2的高位收水冷却塔，是我国第一座自主设计运行的高位收水冷却塔。运行20多年来，用实际证明了高位收水冷却塔在节能、降噪等方面的优势，但也暴露出了一些问题，主要表现在寒冷冬季结冰损坏冷却塔内的填料以及局部填料挂冰下坠后砸坏收水斜板造成漏水等一系列问题。为防止冬季结冰损坏冷却塔内的填料，冬季运行时要加强监视，根据当时的气温、机组负荷和循环水泵运行的台数等因素采取有效的防冰措施。冷却塔结冰严重的区域为进风口上缘处的外围填料部分，故在冬季时要加大或保持这一区域的淋水密度和控制合理的防冰水温。

2高位收水冷却塔介绍

2.1高位收水塔简介

高位收水冷却塔最早由比利时冷却塔生产商哈蒙公司设计和研发，是一种节能环保型冷却塔。在高位收水冷却塔设计中，其配水系统和淋水填料与常规冷却塔基本一样，不同之处在于它取消了常规冷却塔底部的集水池，其冷却后的循环水直接在填料层底部被收水设备截流收集，再输送到循环水泵房然后送至主厂房，因高位收水冷却塔只架设收水槽，没有底部水池，能有效防止渗水浸泡地基，提高冷却塔塔体的安全性，并可降低循环水泵的扬程。在填料底部下落的水滴经收水斜板时被截流收集，落差减小，降低了循环水泵扬程和水滴滴到水池的噪声，大大降低了由下落水滴冲击引起的噪声污染，且斜板上的防溅垫层也有降噪功能。

虽然高位塔与常规塔在工艺设计和布置方面不尽相同，但传热的基本原理是相同的，即以焓差为热传导的推动力进行水气之间的热交换计算；而空气动力计算方面，都是由塔筒内，外空气密度差提供抽力。高位收水冷却塔的优势主要表现在4个方面，分别是：节能、降噪、冷却能力更好和地基更加安全。

2.2高位收水冷却塔优势

2.2.1节能

火电发电厂中循环水泵的总扬程由净扬程和动扬程组成，其中净扬程为冷却塔竖井水位至下部收集水池（冷水槽）的水位差，动扬程为系统各部分的阻力之和。系统动扬程与系统各部件的配置和布置相关，受冷却塔型式的影响很小，故采用常规自然塔与高位收水塔的系统动扬程差异不大。而对于系统净扬程，与常规冷却塔相比，高位收水冷却塔采用高位收水装置收集冷却水，减少了雨区自由跌落的高度，因此可大幅度降低循环水系统的静扬程。

2.2.2降噪

所有的大型常规自然通风冷却塔的进风口处的噪音均接近82-86dB（A），是最为显著的噪音源，而从塔内高空下落的冷却水与集水池中的水撞击产生的淋水噪声又是冷却塔噪音的主要来源。整个过程是高处的冷却水在重力的作用下势能转化为动能，当下落到与集水池里的水撞击时，其中一部分动能便转化为声能进行传播。水的自由跌落高度越高，产生的噪声也越大。高位收水塔自由跌落高度通常仅为常规塔的26.5%，而且其自由跌落区均在塔体的筒壁之内，相当于跌落于天然隔声墙，因此噪声排放通常可降低10-15dB（A）。

2.2.3冷却能力更好

冷却塔换热的主要区域是淋水填料区域，雨区的换热仅为全塔换热的一小部分。高位收水冷却塔的雨区相对常规塔短（仅在高位收水装置区域），换热能力较常规塔减少约3%。冷却阻力中，雨区的阻力占40%左右，高位收水冷却塔雨水较短，减少了雨区通风阻力，但由于增加了高位收水设施，收水斜板的设置阻挡了部分进风面积，又增加了一定的进风通风阻力。由于高位收水塔的进风口高度一般比常规塔要高，使塔进风阻力较常规塔减小，以提高塔内风速及冷却塔换热效果。同时，高位收水塔内进风更均匀，塔内中心区域与外圈进风温度基本一致，改善了冷却塔的冷却效率。

2.2.4地基更加安全

由于高位收水塔取消了落地大面积水池，只架设架空的集水槽，可防止塔基范围内的循环水下渗浸泡地基，从而使基础更加安全。

2.3高位收水冷却塔尺寸

以我国某百万机组高位收水冷却塔为研究背景，其设计尺寸如下表所示：

3循环水系统冬季运行措施

以我国某2×1000MW超超临界燃煤机组电厂所使用的高位收水冷却塔为目标，探究高位收水冷却塔循环水系统的冬季运行措施，从而最大程度的解决冬季结冰等问题带来的运行事故和设备损坏问题。

3.1机组启动过程中

冬季汽机启动时，启动一台循环水泵，全部开启旁路使水全部放入集水槽中，当集水槽水温达到27℃以上时方可将全部水切换至外区配水，根据水温依次开启3-6-1-4钢闸板，过程中控制循环水进水温度不低于20℃。

3.2机组正常运行过程中

（1）运行人员每周每天关注天气预报，及时了解风力及环境温度变化情况以便及时进行相应调整。

（2）全塔配水，两台低速循环水泵运行，优先采用挡风板调节水温方式，将循环水进水温度控制在15-20℃。

（3）当挡风板全关，循环水进水温度仍低于15℃，且天气预报中预示次日最低环境温度将低于0℃时，在当天下午17：00前转入三台低速循环水泵并列运行。

（4）当三台低速泵运行且挡风板全关，循环水进水温度仍低于15℃，联系维护用沙包逐步堵塞挡风板底部漏风口（堵塞部分不超过2/3，分布适当均匀）。

（5）如经以上处理循环水进水温度仍低于15℃，经专业研究后安排在白天气温较高时倒三台高速泵运行。

（6）一旦泵的组合改变，只有环境温度持续2天以上且全天最低气温在2℃以上才允许恢复原运行方式。

（7）冬季控制机组背压在3.5-4.9KPa。

（8）冬季防冻模式启动后，不能打开旁路而使淋水密度降低。

（9）冬季运行冷却塔出水温度严格控制在15℃以上。

3.3循环水系统防冻检查调整项目

（1）循环水泵冷却水源如已切至冷却水泵接带，将工业水供水门关闭，并联系维护人员将室外工业水冷却水管道放净积水，否则保持持续供水水流。

（2）循环水泵房排污坑检查无高水位结冰现象，及时排尽积水。

（3）循环水泵房顶各管道伴热保持在40℃以上。

（4）循环水泵前池无结冰，滤网前后水位差小于0.5m，停运泵流道出现结冰时，联系维护除冰，并及时启动该泵运行。

（5）冬季控制机组背压在3.5-4.9KPa。

（6）检查高位塔排污量大于800t/h，保证补水管道有连续水流，循环水泵前池水位控制在12.5-13.8m之间，防止溢流管结冰。

（7）检查水塔结冰情况，水塔周围淋水结冰不致堵塞气流，收水槽无结冰。

（8）联系维护人员利用挡风板开闭来调节进出塔的循环水温度，控制循环水进水温度15-20℃。

（9）挡风板调节：采用（7、6）、（5、4）、1、（3、2）层的关闭顺序，优先关迎风侧挡板，开启顺序相反。运行人员就地指导，维护人员操作。

（10）在环境温度低于0℃，禁止将已关闭的高位塔配水闸板再次开启，防止因淋水密度不够而引起结冰。

（11）停机后保持一台循环水泵运行，高位塔旁路开启，挡风板全关，定期检查塔内结冰情况。

3.4配水系统的主要防冰措施

（1）冷却塔系统设置有旁路管，可将进水不经填料而直接部分或全部放入冷却塔集水槽。

（2）冷却塔分内外区配水，冬季关闭内区配水管。当两台泵运行外围配水时，外区的淋水密度与正常运行条件下（即三台泵供内区外区）基本相同。

（3）提高进出塔的循环水温度有利于冬季防冰。因而在冬季可通过调整钢闸板及挡风板控制循环水温度以兼顾汽机运行的经济性和有利于防冻因素，因此出塔水温不宜低于13℃。

3.5冬季配水系统的运行切换要求

（1）冬季汽机启动时，启动一台循环水泵，全部开启旁路使水全部放入集水槽中，当集水槽水温达到27℃以上时才将全部水切换至外区配水。在旁路管的出口装有节流孔板，以防运行的一台循环水泵由于水压过低发生过负荷、汽蚀或振动。如该时仍有这种现象发生可稍关小旁路管上蝶阀，但要控制使填料不能配水。

（2）冬季开启两台循环水泵时，可关闭内区配水闸板（2，5号闸板门），控制机组背压在3.5-4.9KPa，但不能打开旁路放水而使淋水密度降低。

（3）冬季开启三台循环水泵时，可关闭内区配水，使外区淋水密度增大，这将有利于防冰，但要考虑系统压力不允许超过0.4MPa。还可以部分打开旁路阀以提高循环水温。

（4）冬季运行冷却塔出水温度宜控制在13℃以上。

3.6循环水冬季运行应注意事项

（1）运行人员密切监视机组背压，尤其机组背压低于2.5KPa时重点关注汽轮机轴系振动变化，发现异常及时恢复处理，紧急情况下可停运所有真空泵，恢复凝汽器背压，待稳定后再启动真空泵。

（2）当低压侧凝汽器背压低于2.8KPa时由双背压改为单背压运行，控制低压侧背压不得低于2.5KPa。

（3）凝汽器背压调整按照循环水和真空泵优化运行技术措施执行。

4结语

近年来，随着国家“上大压小”政策的实施，超超临界的百万机组成为国内火力火电的发展趋势，而高位收水冷却塔更是以其节能、减噪等性能优势在百万机组中发挥着越来越重要的作用。本文以我国某百万机组电厂高位收水冷却塔为背景，对其循环水系统冬季运行技术措施进行了介绍说明，严格按照运行措施工作能够最大程度的减轻冬季结冰对高位收水冷却塔的影响，方便维护人员的操作。对今后新建百万机组高位收水冷却塔的设计和在寒冷地区的应用提供部分借鉴和参考价值。

参考文献：

[1]王毅，闫明.寒冷地区高位收水冷却塔的设计特点[J].电力勘测设计，2017（s1）.

[2]丘宇峰.国产大型高位收水冷却塔节能效果分析及常见故障处理措施探讨[J].机电信息，2018（12）.

作者简介：

井立华，男（1981--），汉族，毕业于华北电力大学，热能动力专业本科学历，工程师职称，主要从事火电厂集控运行工作主要研究方向，热力系统优化及节能改造工作，现就职神华山东售电有限责任公司