石嘴山电厂自然通风冷却塔冷却性能研究

摘要

自然通风逆流式冷却塔在火电厂起着重要的作用[1]，冷却塔是将火力发电厂中汽轮机终端的排气在液化成水的过程中所产生的大量热量通过与塔内空气相互作用释放到塔外的大气中，并以较高的冷却效率，使凝结的水获得较低的水温，其冷却性能的好坏直接影响整个电厂运行的经济性和安全性[2]。当冷却塔冷却性能较差或其运行不稳定时，就使得通过冷却塔的出塔水温提高，而水温越高，凝汽器的真空度就越低，这样会大大降低汽轮机机组的工作效率,因此就会增加发电的耗煤量[3]。本文以现场试验为基础，对测试数据进行分析计算，主要内容和研究结果如下：　　（1）对石嘴山火力发电厂的1000MW燃煤机组配套的淋水面积为12000m2的大型自然通风冷却塔（后文简称为工业塔）的冷却性能进行了测试计算。结果表明：在40组测试点中，31组数据达到了设计要求，9组数据超出了设计要求，该塔的平均冷却能力为101.29%，因此，该塔达到了设计要求，冷却塔的冷却性能良好。　　（2）试验结束后，将各工况测试点得到的气水比与冷却数通过最小二乘法进行拟合计算，得到了该工业塔的热力性能方程式；在常用气水比的情况下计算试验塔和工业塔的冷却数以及两者冷却数的修正系数；根据测试数据计算塔内实测风温归一化及均方根误差。结果表明：在同一气水比情况下，工业塔（填料不等高布置）的冷却数大于试验塔（填料等高布置）的冷却数，冷却塔的冷却数修正系数为1.047～1.081；经计算得到当冷却塔在二泵并联工况下运行时，工业塔塔内风温的均方根误差为0.56℃～0.67℃，而在有关文献中可知，塔的淋水填料采用等高布置，高度为1.25m，当冷却塔在二泵并联工况下运行时，实测冷却塔风温的均方根误差为0.73℃～1.78℃[4]。说明自然通风冷却塔塔内填料的不等高布置可以强化冷却塔的冷却效果以及当模拟试验塔塔内填料采用不等高布置时，得到的修正系数可为塔的设计提供参考。　　（3）对工业塔的现场测试数据进行分析，在大气压力、空气干球温度、空气湿球温度、进塔冷却水量、填料处风速、进塔水温等参数中，当大气压力和进塔冷却水量一定的情况下，若空气干球温度、空气湿球温度、进塔水温均升高，而填料处风速也增大的情况下以及当在大气压力和进塔冷却水量一定的情况下，若空气干球温度、空气湿球温度、进塔水温均降低，而填料处风速也减小的情况下，分析出塔水温的变化。结果表明：在干球温度、湿球温度、进塔水温相对增加较大时，风速相对的微小增加就会使出塔水温降低，风速微小增大就抵消了干球温度、湿球温度、进塔水温数值的升高对出塔水温的影响；在干球温度、湿球温度、进塔水温相对减小较大时，风速相对的微小降低就会使出塔水温升高，风速微小降低就抵消了干球温度、湿球温度、进塔水温数值的减小对出塔水温的影响；即在大气压强、进塔水流量不变的情况下，风速的变化对出塔水温的影响大于干球温度、湿球温度、进塔水温的影响。因此在塔内风速大的情况下，自然通风冷却塔的冷却效果更好。　　（4）分别采用冷却塔通风阻力经验公式、《GB/T50102-2003》推荐的冷却塔通风阻力公式，利用工业塔拟合的冷却塔热力性能方程式,计算在二泵并联、三泵并联时各试验点的出塔水温并与相应的实测出塔水温作比较。结果表明：当冷却塔以二泵并联时，通过通风阻力经验公式计算的出塔水温与实测出塔水温相差较大，因此，不宜采用冷却塔通风阻力经验公式计算出塔水温。　　（5）基于工业塔的实测数据和工业塔的热力性能方程式，当冷却塔分别以二泵并联和三泵并联运行时，通过阻力经验系数公式和国标推荐的阻力系数公式计算各自工况下两种系数公式求得的出塔水温的差值。结果表明：在当冷却塔的进塔水流量较大时，可选用通风阻力经验公式来计算出塔水温，以提高计算速度。　　（6）将该塔稳定为二泵并联运行、内围停止配水，外区配水的工况下进行数据测试，计算冷却塔的冷却数，利用气水比和冷却数通过最小二乘法拟合冷却塔冷却性能方程式，将外区配水内区不配水的冷却塔的冷却性能方程式与全塔配水冷却塔的冷却性能方程式进行对比分析。结果表明：由于冷却塔的塔内淋水填料为内薄外厚的不等高布置方式，内外区的淋水填料布置厚度差值为0.5m，内区停止配水后，冷却塔内区淋水填料的通风阻力大大减小，很大一部分空气经过内区填料短路排出塔外，使外区淋水填料的冷却性能降低，从而仅外区配水冷却塔的冷却数方程的系数低于全塔配水冷却塔的冷却数方程的系数。　　（7）分别采用一维热力计算方法、拟二维热力计算方法、二维热力计算方法计算每个试验点的出塔水温，然后将其计算值与每个试验点的实测出塔水温进行比较，通过分析得出，要得到与实际出塔水温很接近的计算出塔水温，就需采用二维热力计算方法计算。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 本文的研究内容与方法

1.2.1 研究内容

1.2.2 技术路线

1.3 本文的研究意义

1.4冷却塔研究的国内外现状

第二章 冷却塔的概况

2.1 冷却塔的发展

2.2 冷却塔的分类

2.2.1按通风方式

2.2.2 按气水接触方式

2.2.3 按冷却介质

2.2.4 按用途

2.2.5 按气水流动方向

2.3冷却塔简介

2.4 自然通风逆流式冷却塔的结构组成

2.4.1 塔体

2.4.2 收水器

2.4.3 配水系统

2.4.4 淋水填料

2.4.5 支撑结构

2.5 冷却塔的冷却原理

第三章 湿式冷却塔的热力计算

3.1 冷却塔热力计算模型的发展

3.2 冷却塔热力计算模型的分类

3.3 麦克尔模型的求解

3.4 逆流式自然通风冷却塔的热力阻力计算模型

3.5 冷却塔的热力性能评价

3.5.1 冷却水量对比法

3.5.2 冷却水温对比法

3.6 测试数据的处理

第四章 冷却塔热力性能测试验与结果分析

4.1 试验冷却塔的概况

4.1.1 塔的几何尺寸

4.1.2 气象条件

4.1.3 塔芯部件

4.2 试验项目、试验要求及试验条件

4.2.1 试验项目

4.2.2 试验条件

4.2.3 试验要求

4.3 冷却塔的试验

4.3.1 试验测点的安装及测试方法

4.3.2 试验工况及试验工况变化范围

4.4. 冷却塔的冷却能力

4.5 淋水填料的不等高布置对冷却塔冷却效果的影响

4.5.1模拟试验塔的热力性能方程式

4.5.2工业塔的热力性能方程式

4.5.3工业塔塔内实测风温分布

4.6 填料断面风速对出塔水温的影响

4.7 冷却塔在全塔配水和外区配水时的冷却性能对比

第五章 冷却塔热力计算方法的对比分析

5.1 不同通风阻力系数公式计算的出塔水温与实测出塔水温的对比

5.2 在计算出塔水温时，通风阻力经验系数公式的选用优势

第六章 结 论