摘 要:对于采用闭式循环的凝汽式的火力发电厂来讲,真空值是衡量机组经济性的一项重要指标。凝结器的冷凝效果是真空的决定性因素。而循环冷却水的冷却效果又直接影响到凝结器内两种介质的热交换情况。因此,我们认为对凉水塔进行改造,在水塔外缘新增喷头,同时,在原来喷头处加装配水短管,增大其淋水面积,可以使夏季机组真空有明显的改观,同时还可以减少两台循环水泵同时运行的时间,节约厂用电,使机组的经济效益有明显的提高。
关键词:增大 面积 提高 效率
1、概况
对于采用闭式循环的火力发电厂来说,循环水的冷却装置———凉水塔起着非常重要的作用。在凝结器内吸收了排汽热量的循环水在凉水塔内被冷却,经冷却之后的循环水又通过循环水泵进入凝结器,重新吸收排汽热量,使汽轮机排汽充分凝结,建立并维持凝结器高度真空。因此,凉水塔冷却效果的好坏通过凝结器内真空的高低直接影响到机组运行的经济性。我公司50mw机组凉水塔为设计冷却面积为1500平米,吸收了排汽热量的循环水进入凉水塔中间的竖井,上升到一定的高度后自动分配至各分水槽,在分水槽底部装有若干数量的喷嘴,为了防止水流分配不均匀,喷嘴的分配密度由中间到两端逐渐递增,示意图如见图1-1。这种配水机构虽然初步考虑了水流分配的问题,但是仍然存在着不足。当一台循环水泵运行时,循环水在由中间水井向四周流动时,水速逐渐减小,中间部分水量充足,分水槽外缘水量很小甚至无水,水中夹带的一些淤泥等杂质往往在水流速度低的分水槽外缘沉积,容易堵塞靠近分水槽外缘的喷头,更加造成了水流分配不均。同时,由于分水槽呈扇形分布,在凉水塔外缘分水槽之间的距离很大,形成了喷水死区。由于上述原因造成了凉水塔中间部分循环水流量大,喷嘴喷水量也大,凉水塔外缘循环水流量小(或无水),喷嘴喷水量也小(或无水)。根据对我公司凉水塔的实际测量,在凉水塔外缘沿半径方向约1.5~2米范围内没有淋水,向内约1~1.5米范围内淋水很小,而且淋水分配非常不均匀。
按照我公司50mw机组凉水塔(设计冷却面积为1500m2)来计算,由于配水机构不合理而产生的无水区面积约为204~270m2,占设计冷却面积的12. 8% ~ 16. 9%,少水区面积约为129 ~
192m2,占设计冷却面积的8.1%~12.0%。
由于凉水塔外缘与外界接触面积最大,同时所有进入凉水塔起冷却作用的空气都要经过凉水塔外缘部分,这些空气的温度在最初进入凉水塔时接近大气温度,进入凉水塔后由于吸收了循环水热量而逐渐被加热,因此,凉水塔内的淋水同空气的温度差由四周向中间逐渐减小,换热效果也越来越差。
2、理论分析
凉水塔中空气带走的热量q应当等于循环水所释放的热量φw,在一个长时间稳定的运行工况
中,我们也可以近似的认为凉水塔的散热量φw等于凝结器中排汽的放热量φn,即有下式成立:q=φw=φn①凉水塔中空气带走的热量可以用下式进行计算:q=kf△tm ②式中k为考虑了热传导、对流和辐射的综合换热系数f为换热面积m2△tm为平均温压°c,即被冷却介质同冷却介质的温度差,对于凉水塔来说,△tm为循环水进塔温度同塔内风温之差凉水塔中循环水带走的热量计算公式为:φw=wρwcp(t1-t2) ③式中w为冷却水流量m3ρw冷却水密度kg/m3cp循环水的比热kj/(kg•°c)t1循环水进塔温度°ct2循环水出塔温度°c汽轮机排汽释放的热量计算公式为:φn=we(he-hc) ④we为汽轮机排汽量kg/hhe为排汽焓kj/kghc为凝结水焓kj/kg根据式①,可以推出下面的关系式:kf△tm=we(he-hc) ⑤我们假定汽轮机排汽为干饱和蒸汽,凝结水的过冷却度为0°c,可以得出下面的式子:φw=we(he-hc)=wer ⑥r为汽化潜热kj/kg根据式⑤和式⑥,推出下面的关系式:kf△tm=wer ⑦即:r=[(k△tm)/we]f ⑧对于同一台凉水塔,综合换热系数k应该为恒定值,平均温压△tm与不同地区和不同季节有关,对于一个长时间的稳定工况来说,we也应该为恒定值。因为,凉水塔换热效果的好坏取决于换热面积f。如果我们把凉水塔的淋水看成是一条一条连续的水柱,则每一条水柱的换热面积f应当为该水柱的外表面积。因此,如果我们能够想办法消除凉水塔周围外缘的无水区和少水区,同时使水流分配更均匀,应当能够大大提高凉水塔的散热量,同时能够使汽轮机排汽凝结所产生的汽化潜热r以(k△tm)/we的倍数增长,由于汽化潜热r随着干饱和蒸汽温度tc降低而增大,因此,最终我们可以得出下面的结论:对于一台选定的机组,在一个长时间稳定的运行工况中,增大凉水塔的淋水面积能够增大凉水塔的散热量q,从而导致汽轮机的排汽温度tc降低,对应的排汽压力pc也降低,即凝结器真空升高。因此,如果我们能够充分利用凉水塔的淋水面积,消除凉水塔的无水区和少水区,同时使淋水分配更加均匀,能够使机组真空得到提高。
3、凉水塔的改造
鉴于以上情况,我们考虑采用以下方案对凉水塔进行改造。在凉水塔每条分水槽外缘侧面增装一只喷头,同时在原喷头开孔处各装一只配水短管(图3-1),这些配水短管高度比分水槽内的水位略高,在配水短管上面开出一定数量的圆孔,配水短管上面圆孔的数量也从中间到外缘逐渐增加,这样就实现了水流自内向外逐级自动分配,在凉水塔的最外缘也能够有充足的水流,在增加冷却面积的同时能够最大限度的保证水流分配均匀,使凉水塔散热量大大增加,提高机组真空。
4、效益分析
我公司自2001年2月份开始对#2凉水塔(1500平米)进行改造,改造后基本消除了凉水塔的无水区,同时淋水分布也更加均匀。我们对二○○○年四、五月份#2机组的有关数据同二00一年同期有关参数进行统计。
4.1、增加机组真空带来的效益
经初步统计,相同负荷下机组真空与2000年同期比较可提高1 kpa左右。根据机组背压修正曲线表明,真空在低于96kpa(最佳真空)以下时,提高机组的真空才能够带来经济效益。根据对我公司近几年运行日报表的统计,机组真空在每年的四月初至十月末维持在96kpa以下,按照真空每提高1 kpa,煤耗降低3g/kwh来计算,每年可节约标准煤529.2吨。
4.2、减少两台循环水泵同时运行时间带来的经济效益
根据有关试验结论,我们规定只有在机组真空低于94kpa时才能开启两台循环水泵运行,这时增开一台循环水泵所增加的负荷要大于增开一台循环水泵多耗的负荷。根据近几年的记录,我公司50mw机组真空在每年的5月中旬至9月末维持在94kpa以下,6月初至9月中旬维持在93kpa以下。按照凉水塔改造后可使真空提高1kpa来计算,循环水泵(功率500kw)每年节约电量36k万wh。
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