循环冷却水系统运行浅析

张钧臣 王秀杰 邢书宝

摘要：分析循环冷却水系统影响汽轮机凝汽器正常运行的因素，以及公司冷却塔填料更换后循环冷却水系统水质迅速恶化的原因，提出相应的解决方案，确保凝汽器换热效率，提高机组运行的稳定性。

关键词：冷却水 运行

引言

循环冷却水系统作为电厂汽轮机系统的重要组成部分，主要由凝汽器、循环水池、冷却塔、循环水泵、加药系统及管道和阀门等组成。其中，凝汽器和冷却塔是对循环冷却水系统正常运行影响最大的设备和装置。

凝汽器分表面式和接触式凝汽器，大部分中小型电厂机组的凝汽器系统采用表面式凝汽器，表面式凝汽器的换热通过冷凝管进行，管程内为流动的循环冷却水，凝汽器壳程内主要为汽轮机尾部做功之后的蒸汽。冷却塔按照介质流动方向分为横流式、逆流式和混流式，按照形状分为圆形冷却塔和方形冷却塔，按照通风方式分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔和混合通风冷却塔。

循环水系统对于汽轮机运行有着直接的影响，循环冷却水的温度、水质等作为电厂日常运行中监控的主要技术参数，影响着凝汽器的换热效率，凝汽器换热效率的高低直接关系着凝汽器真空度、端差等重要汽轮机参数。

1、 循环冷却水温度的影响

循环冷却水流经凝汽器铜管过程中，与汽轮机尾部排汽经铜管进行热交换，热交换的过程使得汽轮机尾部排汽凝结成凝结水，体积急剧下降，从而形成一定真空。凝汽器铜管中热交换的热量值由水的比热容、流过铜管的水的质量以及凝汽器进出口水温差决定。通常情况下，汽轮机凝汽器设计循环冷却水运行温度宜为27～33℃。在此温度区间内，水温越低，凝汽器換热效果越好，凝汽器真空度越高，汽轮机端差越低，汽轮机汽耗率越低，根据研究统计证实，汽轮机端差每降低1℃，电厂燃料消耗平均降低0.5%。

循环冷却水水温更低的情况下，凝汽器凝汽器换热效率升高，真空度变大，但是随着循环冷却水水温的降低，凝汽器端差升高，容易造成凝汽器设备涨差超标，导致凝汽器设备外壳发生裂纹、变形甚至损坏，影响汽轮机的安全运行。

循环冷却水水温超过33℃的情况下，凝汽器换热效率变低，真空度变小，凝汽器端差升高，汽轮机汽耗率升高，汽轮机经济性变差。

凝汽器管程中经过热交换后的循环冷却水利用冷却塔进行冷却，公司冷却塔采用自然通风逆流式冷却塔的形式，冷却塔的填料使用的竹格填料，填料总体积为2000m3，冷却面积为1500m2，散质系数约为0.79kg/（m3.S）。采用逆流式冷却塔热力计算公式K.Ka.V/Q= 进行拟合计算，公式右侧采用辛普森近似积分法进行计算，可以计算出各种条件下凉水塔冷却后的水温，给冷却水系统的经济运行提供指导。

分析上文逆流式冷却塔热力计算公式可知，影响冷却塔散热效果的因素较多，包括冷却水流量、冷却塔填料体积、空气的干球温度、气水比等。冷却水流量、冷却塔填料体积、气水比等参数与电厂冷却水系统设计有关，除进行改造外，基本无法进行参数提升;空气的干球温度则与当地天气有关，无法人为调节。

现阶段条件下，电厂为提高汽轮机真空度和热效率，最有效的方式是提高凝汽器换热效果。

2、 循环冷却水水质的影响

公司循环冷却水系统属于间冷开式循环冷却水系统，循环冷却水日常检测的主要技术参数包括浊度、硬度、PH值、浓缩倍率等。

影响循环冷却水水质的因素主要包括泥沙、胶体、藻类、生物黏泥等，为有效控制循环冷却水水质，通常需要对循环冷却水进行处理，常见的处理方法有化学处理法和物理处理法。

化学处理法即为向循环冷却水内投加化学处理药剂，用来控制循环冷却水内水质的方法。化学处理法主要是针对循环冷却水的硬度、PH值等参数的处理方法，经常采用的化学药剂包括硫酸、杀菌剂等。硫酸的主要作用是为了降低循环冷却水的硬度，杀菌剂主要用于杀死循环冷却水中的藻类和微生物，防止藻类和微生物的大面积生长导致生物黏泥量在凝汽器换热管处沉积导致凝汽器换热效率变低，同时生物黏泥中附带大量的微生物，在凝汽器换热管壁上沉积后由于微生物分泌粘液大多呈酸性，很容易造成凝汽器换热管的管壁腐蚀。阻垢缓蚀剂由有机膦、优良共聚物及铜缓蚀剂等组成，对碳钢、铜及铜合金都具有优良缓蚀性能，对碳酸钙、磷酸钙有卓越的阻垢分散性能，能够有效阻止凝汽器换热管管壁结垢。

物理处理法指采用沉淀、过滤等方式去除水中悬浮杂质的方法。是针对循环冷却水的浊度参数进行的处理方法。影响循环冷却水浊度的因素主要包括循环冷却水补水中的泥沙和循环冷却水中生物黏泥量，针对循环冷却水补水中的泥沙、胶体类物质通常采用物理处理法和化学处理法结合的方式进行处理，利用一体化净水设备投加PAC和PAM进行絮凝沉淀的工艺进行去除水中的胶体类物质，对于泥沙采用石英砂、无烟煤进行过滤的方法进行去除。

胶球清洗系统作为重要的汽轮机辅助系统，能够有效去除轻微的凝汽器换热管壁结垢和黏泥附着，因此，做好胶球清洗系统的检修维护，定期进行收球试验，能够有效保障胶球清洗系统运行，提高凝汽器的换热效率。

随着科学技术的不断进步和发展，诞生了利用紫外线进行杀菌的循环冷却水处理工艺，由于紫外线杀菌不向循环冷却水中投加化学药剂，无副总用，因此下一步有替代杀菌剂进行循环冷却水杀菌灭藻的趋势，但投资成本较高。

3、 循环冷却水系统故障

循环冷却水系统的故障包括菌藻生长导致的生物黏泥在凝汽器换热管部位沉积、凝汽器换热管结垢、凝汽器换热管的腐蚀等。

2019年9月，公司机组检修期间对冷却塔进行了竹格填料的更换，竹格填料使用南方宽度5cm、厚度7-10mm的毛竹片进行制作，毛竹选用生长5年以上的优质新竹。填料更换完成系统运行一段事件后，汽轮机运行人员发现2台汽轮机排汽温度和端差不断逐渐升高，汽轮机汽耗率明显偏大，技术人员经过分析认为凝汽器换热效率降低，现场检查循环水池内循环冷却水和冷却塔内竹制收水器，发现循环水池滤网上积满了藻类物质，收水器内侧出现大量的青白色菌状物和粘结物，水池内含有大量白色的菌丝体。分析认为汽轮机凝汽器换热效率降低是由藻类和菌类微生物大规模生长导致的生物黏泥在换热管壁沉积甚至堵塞换热管引起的，藻类和菌类微生物的生长主要是因新竹内含有大量有机养分且冷却塔内收水器位置提供了藻类和菌类微生物适宜生长的的环境温度，大约在30℃-40℃之间。

为解决这一问题，我们采取交替投加氧化性和非氧化性杀菌剂的方式进行杀菌灭藻，而且投加量在正常运行基础上增加一倍，经过连续一周的冲击性交替投加杀菌后，凝汽器换热效果有所提高，之后我们采用投加黏泥剥离剂的方式去除凝汽器换热管壁附着的黏泥，汽轮机端差由最高时的18℃降至13℃，满足机组带负荷的需要，直至下次检修期对2台机组凝汽器进行高压水清洗。

参考文献

【1】 蔡银锁，贾少磊 紫外线杀菌技术在炼油厂循环冷却水系统中的应用，《工业用水与废水》2013年第3期。

【2】 朱航科 工业循环冷却水问题分析与对策，《生态环境与保护》2019年2月第2卷第2期。