300MW机组自然通风冷却塔节能技术研究
摘要对循环水系统及冷却塔淋水区的不同排列组合，通过实验的方法得到不同气温下的运行组合，去除冷却塔低效换热区运行，降低循环水量，提高冷却塔换热效率。

关键词自然通风冷却塔；循环水；堵塞现象；深度节能；节能运行
1 概述
目前我国最常用的冷却塔塔型仍为双曲线型常规冷却塔，具有能创造良好的空气动力条件，可减少通风阻力和塔顶出口处的空气回流，冷却效果相对稳定等特点。

自然通风冷却塔是发电厂冷端系统中重要的热力设备，冷却塔主要作用是循环水系统冷却，循环水通过循环水泵在冷却塔与凝汽器之间打循环，循环水在凝汽器端吸收汽轮机排汽热量，在冷却塔通过喷淋与空气进行换热降温。

循环水在冷却塔中是通过塔底部的水道压入中央竖井，通过与中央竖井相连通的四个水槽流出，并在水槽两侧均布配水管道，通过配水喷头均匀地喷洒在冷却塔填料上方，通过填料进一步分散后从冷却塔填料层淋入底部水池中，高差約12米[1]。

2 国内外研究概况
以前，国内外研究人员对锅炉、汽轮机做了大量、深入、细致的研究工作，并研究出了相应的优化调整方法来提高热效率。

目前，围绕电厂的节能降耗，更多的节能工作逐渐转向于电站的冷端系统，即致力于降低汽轮机的排汽温度，以提高朗肯循环热效率，主要体现在两方面：一是改善凝汽器的传热，提高真空度；二是研究冷却塔出水温度的降低途径，提高冷却塔的效率。

近几年，关于冷却塔的研究多集中于塔内传热传质。

3 科技意义和应用前景
自然通风湿式冷却塔广泛应用于电站汽轮机冷端循环水的冷却。

来自凝汽器的循环水由喷嘴喷淋出来，依次在配水区、填料区和雨区与进塔空气发生传热传质的换热，被冷却后返回凝汽器，参与系统的循环。

冷却塔冷却性能的好坏直接影响机组的效率。

若冷却塔的性能不好或运行不稳定，将导致循环冷却水温度升高，进而导致凝汽器的真空下降，使汽轮机组的工作效率下降，导致发电煤耗量的增加。

研究表明，对于300MW的机组，出塔水温升高1℃，汽轮机组效率降低0.23%，煤耗增加0.798g/kW·h。

因此，研究冷却塔特性并提高其换热效率具有十分重要的意义。

目前，火力发电厂的冷端主要采用“一机一塔”的配置方式。

在当前能源供需关系发生变化的情况下，目前及今后单机运行时间将显著增加。

据2016年上半年机组运行统计数据显示，单机运行状态占运行时长已超过一半时间。

结合目前冷却塔的运行数据及设备使用情况，对此系统进行优化、改造，在低温时段将部分低效换热面积去除，提高冷却塔的换热效率，对于降低循环水量、提高机组效率、降低电厂能耗具有重要的意义。

4 理论基础研究
研究表明，冷却塔内的汽水流场为轴向对称布置，在雨区进风口处空气流速较高，温度最低，环境冷空气从冷却塔外围向中心区域流动，由于此过程汇总与水滴进行热质交换，导致空气冷却能力下降，使得空气温度沿径向逐渐升高，温度上升，速度降低，在中心区域处达到最高。

逆流式自然通风冷却塔填料层区域的换热形式为气、水膜态换热，随着外界环境温度的升高，会启动两台或三台循环水泵运行，使得填料区域的淋水密度近似成倍增加。

当淋水密度超过一定值后，水膜会失去稳定，形成波动，波幅数倍于水膜厚度，甚至成雨状下落，使气流阻力急剧增加，传热效果急剧恶化，即“堵塞现象”。

针对冷却塔中心区域换热效率较低的问题，提出在冬季夏季采用不同的配水方式，在冬季低温时段，将中心区域换热效率低的补水管道关闭，利用冷却塔外围配水管道进行换热，增加高效区域的换热量，减少低效换热工作区。

通过现场试验的方法获得在不同循环水泵运行时冷却塔低效区参与换热的优化运行方式，提高冷却塔整体运行效率，在低环境温度条件下改善运行机组的能耗水平。

5 冷却塔结构优化
为实现上述运行方式，需要对现有冷却塔、循环水系统进行改造。

首先，循环水系统需要具备调节水量的功能，进行变频改造或循环水泵双速改造可细化循环水运行方式，提供多种循环水运行模式，便于调节循环水量。

其次，关闭中心区域低效换热区配水管需要在配水管道上加装隔断阀门，以使冷却塔配水总量与循环水量相匹配，运行效率最大化。

最后，通过实验方式确定在不同气温下的配水模式，减少中心低效区换热量，以达到降低循环水量的目的。

在不同季节、不同负荷时，凝汽器端差变化不大，循环水泵电流也无明显变化，但由于环境温度不同，导致循环水温温升变化较大，冬季与夏季循环水温大约相差10℃，在冬季低温时段，冷却塔循环水水量充足，超出凝汽器冷却用量，可以降低整体循环水水量，在冷却塔中心区域，即低效换热区配水管道加装适量关断阀，控制水量，同时对循环水泵进行变频控制，以降低循环水泵电耗，达到与夏季循环水系统同样的工况。

下图为改造后的配水示意图。

6 结束语
按照不同环境温度建立不同的冷却塔运行方式，进一步细化了冷却塔运行模式，对于深度节能具有较强的实用意义，结论如下：
（1）通过循环水泵变频技术、高低速技术进一步细化循环水运行模式，降低循环水泵电耗。

（2）通过冷却塔配水调节，去除冷却塔低效运行区域，提高冷却塔整体换热效率。

（3）通过实验方式，验证出不同地区、不同季节、不同机组的最佳运行工况，汇总整理出冷却塔运行指导意见，保证在不同循环水量时，冷却塔均能处于较好的工作在高效换热状态。

该研究成果将能实现不同循环水量时均能对应适当的换热面积，可以广泛应用于自然通风冷却塔的电厂中。

参考文献
[1] 周兰欣，石宇，郝颖.1000MW机组自然通风冷却塔降低出塔水温方法研究[J]. 汽轮机技术，2016，58（3）：187-190.。