论汽轮发电机组的冷端综合治理

马长亮

摘 要：随着节能减排工作的不断推进，发电机组冷端设备治理提效的重要性得备受关注，本文主要分析了改型凉水塔喷头，论述了在冬季的水塔防冻综合治理等，取得了较大收益的过程，经济效益明显。

关键词：汽轮；发电机组；冷端综合治理；大唐三门峡电厂

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章編号：1671-2064（2018）09-0154-04

大唐三门峡电厂2×600MW机组，整体利用双曲线设计，采取自然通风，属于逆流式塔型，冷却面积：8500m2，设备2006年8月投入使用。如前所述，水塔治理改造因节能原因被越来越多的提起，节能新理念当前深入人心，比如，在凉水塔的设计中，新型旋转型喷头目前在我国仍然是起步的初期，再如水塔防冻，在我国东北，许多地方都有着堆积卷帘的应用，尤其是在防冻方面，新型应用首要注重的是凉水塔挡风板，在其拆装中存在很大的安全问题，并且不能适应昼夜温差和自动调节循环水温的需求，根据我公司区域的往年中的气温变化情况，汽机专业在水塔提效、防冻治理等方面做了许多有益尝试，实际应用中也取得了明显效果，现介绍如下。

1 相关术语

冷却塔：主要作用是将循环冷却水在其中喷淋，使之与空气直接接触，通过蒸发和对流把携带的热量散发到大气中去的冷却装置，其主要作用是：冷却循环水，降低循环水温度，从而保证机组运行真空。另外还有辅助作用：根据循环水浓缩倍率等指标，进行排污，从而控制循环水水质，防止结垢等问题的出现。

喷头：喷头是凉水塔内淋水设施的核心部件，其作用是水流通过喷头形成“喷洒”效应，经过喷头后形成的细小水滴在淋水填料内与逆向流动的进风进行换热，使循环水降温。

2 汽轮发电机组的冷端综合治理过程

2.1 调研过程

水塔提效方面，如前所述，在发电厂凉水塔的应用中，对旋转喷头的使用在我国尚且处于起步的前期，因此，在改造项目时，是依照“安全第一”的。项目开展的初期，参考了很多关于旋转喷头的资料，通过自行设计，并且依靠一家公司，利用3D打印，获得了产品的模型，然后利用多次模拟，并且不断地对产品升级改造，最终，改造后的喷头无论是在淋水还是使用期限上都有了很好的效果，然后，委托专业厂家，进行批量生产，并且实现了在2014年4月份，对#4机组水塔内的8700个喷头进行了全面的替换。在实际的运行中，旋转喷头最大的好处就是在水流通过喷头时，利用水流的静压，并且根据自己的结构，保证没有额外的动力旋转，和普通螺旋喷头的“飞溅”式散水比起来，旋转喷头可以更加细致的把水滴均匀三开，取得真正的“雾化”效果；另外，受介质的“旋转”的影响，在散水面积上，单个喷头的效率也大大提升。基于上述两种作用，使得介质在通过填料层的过程中，大大增加了和空气的接触，取得了良好的换热效果，提高了喷头的换热效率，从而更快速地降低了水温。

水塔防冻方面，通过对周边兄弟单位的调研，总体感觉在水塔防冻方面，按照基建设计，基本不做改进，应用起来难免各有缺憾，在我公司设计中，二期的水塔防冻主要是以挡风板为基础，面临的问题主要是不能确定挂拆时间，以及没有良好的水温调节性等，并且在工作中，风险很高，不能同时具备防冻和节能功能，所以，要开发出更新的水塔防冻方式。

2.2 分析及论证

（1）当前，在我公司的凉水塔中，淋水系统主要采取的是固定式喷头，在循环水通过喷头之后，向下喷溅，在这个过程中循环水的很多势能并不能完全被消耗，因此，造成水流飞溅，影响了喷洒的效果。为了解决上述问题，弥补上述不足，需要改进和升级当前的喷头，开发新的喷淋方式，该喷头在设计中，利用双叶片和反推盘方式，能最大化的减少在循环过程中水的势能，使水滴在空气有更长的时间，可以更多地热交换；另外，在水循环过程中，通过喷头可以使水滴更细，提高了换热的效率。凉水塔双叶片旋转喷头结构图如图1所示。

凉水塔双叶片旋转型淋水喷头装置，包括喷头1，与喷头1连接固定的保持架2，所述的保持架2的下端与水碟5下部的旋转轴转动连接；所述的水碟5的上表面中央设置有主叶片3和位于主叶片3外侧的从动叶片4，所述的水碟5下部的旋转轴连接反推转盘6；

所述的主叶片2位于水碟5的上表面，相邻的主叶片之间的夹角为60度；

所述的从动叶片4位于水碟5的上表面边缘处，且呈环形分布；从动叶片4的外缘高度高于与水碟5连接的内缘的高度；

所述的水碟5底部的旋转轴和保持架2的下边为间隙配合的连接方式，配合表面，设置有四氟+石墨涂层；

所述的水碟5与保持架2之间的连接方式为扣盖，采用的聪明扣结构。

以前的淋水喷头为固定式，改进为现在的旋转形式以后，可以提高喷洒效果，而且提高了换热效率；无轴承旋转，利用聪明扣形式设计扣盖，不仅降低了成本，而且大大提高了设备的使用年限，可拆卸结构，方便零部件之间的拆卸和安装，实现了自由清理；在主叶片和从动叶片，采取反推转盘的方式，促使喷头最大程度地利用水势能，将风能进行转换，从而提高的了喷头的实用性，提高了喷洒效率。

新型喷头的工作原理：将叶片装置在出水喷头下边的水碟上，能够充分利用喷头出口静压，对水蝶上的叶片进行冲击，实现水蝶旋转，在水蝶的下部，将转轴和旋转喷头组合件间隙组合，在表面利用四氟+石墨涂层，从而降低摩擦。在水流流出喷嘴流后，冲击小叶片，并且促使水蝶旋转，通过小叶片，使循环水成为水滴状，撒向填料；旋转喷头首要特点就是循环水可以充分利用水流势能，利用自己的结构，实现无额外动力旋转，和普通喷头比起来，它能够减少水的势能，均匀的将水滴分散，从而达到“雾化”效果；而且，经过喷头的水实现了“旋转”效应，这就使得喷头的洒水面积大大增加。经过上述的双面作用，便大大增加了填料层和空气的接触面，提高了换热的效率，和普通喷头比起来，提高了换热效率，更有效地够降低循环的水温。

在新型喷头设计中，利用了双叶片和反推盘技术：对于喷头上的双叶片，无论是在高度还是在旋向上，都通过多次的实验，利用合理的方式，保障葉片的旋转效率，在喷头下边的反推转盘，可以更好地助推；基于循环水质，利用扣盖式设计，避免了水进入动静结合部位，解决了水质问题带来的卡涩。并且，将喷头托盘设置为聪明扣，不仅防止了堵塞和卡涩，而且也方便拆卸，自由清理；另外，新型喷头可以实现了喷头的旋转，并且对于叶片的各方面也做了优化处理，提高了喷洒的效果。

（2）在设计凉水塔的防冻中，有两条思路，其一为提高水温，防止结冰现象，另一思路是改造出口，进行拦冰和化冰，最终的设计是梯级拦冰，以及改造循环水的回水旁路，凉水塔拦冰格珊设计方式以及挡冰情况，分别如图2、3所示。

梯级拦冰原理：设计为每道篦子之间的栏杆间距梯级减小，不同级别之间，篦子间距依次为300、200和100mm，拦冰篦子通常是在凉水塔出水处，通常面积较大，这样便减少了冰块在循泵入口滤网的堵塞，并且来冰量相同的话，在外围，实现了提前阻拦，可以减少冰块拥堵，使冬季的凉水塔可以充分大量的化冰。

（3）配合上一梯级的拦冰措施，在循环水回水旁路的管道上，设置用于二次回水的电动门，可以实现在循环水温度低于5℃时，将回水旁路的一次门全部打开，回水二次门部分打开，可以减少上塔水量，机组可以在最佳真空下，充分控制循环水温，另外，在一次门的运行中，全开全关的方式可以防止因为阀门节流而形成的冲刷内漏现象。

2.3 改造的效果评价

（1）对凉水塔的旋转喷头进行改造后效果：改造后，在相同的运行状况下，对比#4机组与#3机组，结果表明，水塔的出水温度实现了降低，幅度在0.7-0.9℃左右。

（2）旋转喷头改造后运行参数对比，详见表1、表2、表3、表4、表5，以及图4-图13。

（3）基于凉水塔的梯级拦冰方式，辅助以回水旁路电动门，在实践中，在保证机组真空的情况下，可以实现对循环水温的控制，并且防止了水塔坠冰对滤网的堵塞，并且调节手段十分灵活，在拆装挡风板中，节省了人力物力，减少了工作的危险，既能实现效果，又能保障。

3 结语

经过对凉水塔系统的不断探索和改造，既保障了循环水的低温度，又防止了水塔的结冰现象，通过实践观察可以得出，不仅提高了水塔效率，而且也实现了设备的安全平稳运行，这是对冷端设施的一项探索，表明了在凉水塔和其他的冷端设施中，又迈出了更高的一个台阶。