電站冷卻塔隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒技術(shù)的研究與應(yīng)用

才延福，金 豐，天 罡，陳懿輝

(1．中電投東北電力有限公司，沈陽 110181;2．中電投東北節(jié)能技術(shù)有限公司，沈陽 110181)

目前，北方多數(shù)火力發(fā)電廠在冬季調(diào)整循環(huán)水溫度方面采取的主要措施是人工懸掛擋風(fēng)板，通過調(diào)整懸掛擋風(fēng)板數(shù)量控制進(jìn)入循環(huán)水冷卻塔空氣量達(dá)到調(diào)整循環(huán)水溫度的目的，外加輔助調(diào)整防凍門滿足水塔防凍要求。但這種方法存在不能對(duì)冷卻塔循環(huán)水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、有效保持機(jī)組真空、防止水塔結(jié)冰等問題［1］。而且懸掛擋風(fēng)板工作存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)和較高的勞動(dòng)強(qiáng)度，不能很好地根據(jù)環(huán)境溫度隨時(shí)調(diào)整擋風(fēng)板數(shù)量，往往是為了防止水塔在當(dāng)天溫度最低的時(shí)段(凌晨)結(jié)冰而過量地懸掛擋風(fēng)板，造成在當(dāng)天環(huán)境溫度較高時(shí)段(下午)水塔水溫過高，從而降低了機(jī)組真空和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性［2］。因此，為了解決上述問題，本文闡述了冷卻塔隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒機(jī)理，采用隨動(dòng)堆積簾對(duì)冷卻塔實(shí)現(xiàn)循環(huán)水溫度自動(dòng)控制，保持機(jī)組真空穩(wěn)定，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)對(duì)冷卻塔實(shí)行了全方位防寒處理。

1 隨動(dòng)堆積簾防寒原理及結(jié)構(gòu)

1.1 隨動(dòng)堆積調(diào)風(fēng)簾調(diào)節(jié)及冷卻塔防寒機(jī)理

傳統(tǒng)擋風(fēng)板為目前冷卻塔設(shè)計(jì)較為普遍采用的防寒方式，將冷卻塔進(jìn)風(fēng)區(qū)分為上層、中層、下層，冬季的安裝規(guī)程為隨溫度逐漸降低，由上至下逐層安裝;開春轉(zhuǎn)暖時(shí)拆卸規(guī)程為隨溫度逐漸升高，由下至上逐層拆下。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì)理念，“隨動(dòng)堆積簾式防寒節(jié)能技術(shù)”的堆積式調(diào)風(fēng)簾設(shè)計(jì)為由上層至下層關(guān)閉，由下層至上層開啟?？刂茊卧ㄟ^溫度傳感器識(shí)別循環(huán)水溫度、自然環(huán)境溫度。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，實(shí)時(shí)適當(dāng)關(guān)閉調(diào)風(fēng)簾，保持循環(huán)水溫度不降低達(dá)到防寒的目的。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，實(shí)時(shí)適當(dāng)開啟調(diào)風(fēng)簾保持循環(huán)水溫度不升高，達(dá)到保持機(jī)組真空經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

1.2 冷卻塔隨堆積簾裝置結(jié)構(gòu)

隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒裝置由堆積簾、電機(jī)、滑道、溫度控制系統(tǒng)等組成。在自然通風(fēng)冷卻塔下部進(jìn)風(fēng)口外側(cè)環(huán)向1周安裝固定支架，支架下部有基礎(chǔ)，固定支架與塔體間安裝頂棚，支架立面形成多個(gè)門洞口，在每個(gè)洞口安裝1組電動(dòng)調(diào)風(fēng)簾，調(diào)整風(fēng)簾接受控制系統(tǒng)指令上升或下降，通過調(diào)整風(fēng)簾的動(dòng)作來改變進(jìn)風(fēng)口實(shí)際進(jìn)風(fēng)面積，調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，達(dá)到控制循環(huán)水溫度在最佳溫度范圍內(nèi)的目的。隨動(dòng)堆積簾裝置示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 平面示意圖Fig．1 Schematic diagram of plane

1.3 裝置主要特點(diǎn)

冷卻塔隨動(dòng)堆積簾節(jié)能防寒裝置與傳統(tǒng)的冷卻塔人工懸掛擋風(fēng)板防寒相比，有著顯著的優(yōu)越性，具有可靠的質(zhì)量和先進(jìn)的技術(shù)，主要技術(shù)特點(diǎn)如下:

1)取代傳統(tǒng)人工懸掛擋風(fēng)板的方式，節(jié)省人力，消除安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)調(diào)風(fēng)簾的上升、下降雙向均由電動(dòng)調(diào)節(jié)，保持循環(huán)水溫度恒定，提高機(jī)組效率，產(chǎn)生節(jié)能效益。

3)調(diào)風(fēng)簾自始至終都是先封上、再封下，符合冷卻塔防寒原理，有效防止填料結(jié)冰［3］。

圖2 立面示意圖(單位:m)Fig．2 Schematic diagram of facade

4)適應(yīng)天氣變化和發(fā)電負(fù)荷調(diào)整。

5)夏季不用拆，且不影響通風(fēng)。

2 方案設(shè)計(jì)

冷卻塔隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒設(shè)計(jì)方案需確定最佳循環(huán)水溫度及循環(huán)水溫度變化對(duì)煤耗的影響，設(shè)計(jì)范圍涉及電氣、熱工、土建等專業(yè)。

2.1 基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)隨動(dòng)堆積簾裝置基礎(chǔ)時(shí)，在冷卻塔每個(gè)塔柱基礎(chǔ)旁下挖0.3～0.5 m(以不破壞塔柱基礎(chǔ)為準(zhǔn))，用鋼筋混凝土加固，這樣和塔柱基礎(chǔ)鏈接在一起，起到相互加固作用。300～350 MW機(jī)組冷卻塔一般要做40～44個(gè)基礎(chǔ)，如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖Fig.3 Based design

2.2 頂棚連梁設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)頂棚連梁時(shí)，全部采用H型鋼(包括外連梁、內(nèi)連梁及懸掛梁等)，圍冷卻塔1周。所有連梁用螺栓連接，方便拆卸。在外連梁上裝設(shè)調(diào)風(fēng)簾手動(dòng)倒鏈，電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可以轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作;將懸掛梁懸搭在冷卻塔外塔壁上，不與塔壁接觸，以防止損壞塔壁，連梁頂用彩鋼板封閉。

2.3 調(diào)風(fēng)簾設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)調(diào)風(fēng)簾時(shí)，采用改進(jìn)型軟式堆積簾，使半數(shù)抗風(fēng)桿同軌，減少堆積高度50%。簾布堆在軌道外，導(dǎo)軌窄，抗風(fēng)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易。

2.4 電控系統(tǒng)

設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)時(shí)，電控單元由控制器(如PLC)、溫度傳感器以及遠(yuǎn)程控制終端組成，通過監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、循環(huán)水出塔溫度，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口電動(dòng)調(diào)風(fēng)簾底端高度，調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)面積(調(diào)節(jié)范圍:0%～100%)。電動(dòng)調(diào)風(fēng)簾系統(tǒng)不僅可以PLC自動(dòng)控制，同時(shí)還可以人工手動(dòng)控制，以方便其他需求，如圖4所示。

圖4 電控系統(tǒng)圖Fig.4 Electrical control system diagram

2.5 門框設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)門框時(shí)，隨動(dòng)調(diào)風(fēng)簾裝置門框采用H型鋼，門柱可以當(dāng)調(diào)風(fēng)簾導(dǎo)軌使用。門框高度一般要高出塔沿1 m左右，離塔沿距離1.0～1.5 m;門框?qū)挾扰c冷卻塔相鄰塔柱之間距離一樣。門框上部裝有卷簾門電機(jī)及遮擋電機(jī)及調(diào)風(fēng)簾的防雨棚(材質(zhì)是彩鋼板)，以防止電機(jī)損壞、夏季調(diào)風(fēng)簾收上去陽光直射溫度過高軟化縮短壽命。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

本文以某電廠350 MW機(jī)組為例，對(duì)電站冷卻塔采用隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒技術(shù)節(jié)能效益進(jìn)行分析。根據(jù)機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，凝汽器入口循環(huán)水溫度變化1℃，發(fā)電煤耗相應(yīng)變化0.513 g/kW·h。該電廠冷卻塔改造前，即2011年11月至2012年3月，循環(huán)水凝汽器入口平均水溫為16.43℃。經(jīng)過對(duì)凝汽器及汽輪機(jī)特性分析確定，當(dāng)循環(huán)水平均溫度保持在11℃時(shí)，機(jī)組真空值最佳［4］。冷卻塔改造后，即2012年11月至2013年3月，循環(huán)水凝汽器入口平均水溫為13.19℃，較改造前降低了3.24℃。按平均發(fā)電負(fù)荷70%、冬季經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有效期150 d計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)煤量為350×70% ×24×150×0.513×3.24=1466 t。按標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)600元/t計(jì)算，每年可節(jié)約879 600元。由于改造后處于調(diào)試階段，對(duì)循環(huán)水溫度控制未達(dá)到最佳狀態(tài)，通過對(duì)系統(tǒng)完善后，還可降低循環(huán)水溫度2℃以上，年節(jié)煤量將達(dá)到2400 t，年收益將達(dá)到140余萬元。

4 結(jié)論

1)電站冷卻塔隨動(dòng)堆積簾式節(jié)能防寒技術(shù)具備較好的節(jié)能效益，年直接平均收益在140萬元以上。

2)消除人工懸掛擋風(fēng)板的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了由于冬季冷卻塔結(jié)冰填料大量損壞的數(shù)量，可有效減低生產(chǎn)成本，具備在北方帶有循環(huán)水冷卻塔的火力發(fā)電廠中推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］趙振國(guó)．冷卻塔［M］．北京:中國(guó)水利電力出版社，1996．ZHAO Zhenguo．Cooling tower［M］．Beijing:China Water Power Press，1996．

［2］戴振會(huì)，孫奉仲，王宏國(guó)，等．火電廠大型冷卻塔運(yùn)行性能的動(dòng)態(tài)綜合分析與評(píng)價(jià)［J］．電站系統(tǒng)工程，2009，25(2):4 6．DAI Zhenhui，SUN Fengzhong，WANG Hongguo，et al．Dynamic analysis and evaluation of cooling tower performance in large scale power plant［J］．Power System Engineering，2009，25(2):4 6．

［3］錢翼稷．流體力學(xué)及其工程應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．QIAN Yiji．Fluid mechanics with engineering application［M］．Beijing:China Machine Press，2006．

［4］李勇，孟芳群，曹麗華，等．考慮更多因素的凝汽器最佳真空確定方法［J］．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26(4):71 74．LI Yong，MENG Fangqun，CAO Lihua，et al．The determining method of the optimum vacuum of condenser taking account of more factors［J］．Proceedings of the CSEE，2006，26(4):71 74．