冷卻塔竹柵填料的特性分析

冷卻塔竹柵填料的特性分析郗孟傑¹，張榮佩¹，王興國¹，李寧¹，盧勝軍²，於志想²
1．河北省電力試驗研究所　河北石家莊　050021；2．微水發電廠　河北井陘　050300 　微水發電廠現有2台70年代投產的50 MW汽輪發電機組，配備2座2 000 m²的冷卻塔，由於投產時間較長，且循環水較臟，使得水泥網格填料大量結垢，堵塞填料網眼，降低了水塔的冷卻效果，嚴重影響了機組的真空，機組的安全性和經濟性明顯下降，因而需要更換填料。經過調研，確定選用福建莆田撫莆竹器廠生產的竹柵填料，並於1998年7月進行了改造。
該廠循環水系統原始資料如下：
a．冷卻塔　為逆流式自然通風冷卻塔，設計淋水密度5．43 t／（m²·h），機組在額定負荷下的設計排汽壓力為3．9 kPa，冷卻水溫31．4℃。冷卻塔總高度65．2 m，喉部高度58．5 m，喉部半徑13．89 m，出口處半徑15．2 m。該塔採用單中央豎井槽式配水系統，12條主水槽呈放射狀分佈，噴嘴為反射型塑料噴嘴，填料高度1．6 m。
b．循環水運行方式　該廠循環水運行方式較為特殊和複雜，2台冷卻塔雖然採用單中央豎井，但豎井和集水池都被中間隔牆分為甲乙兩側，互不混合，為了進行凝汽器半側清洗，採用了雙循環水母管，^＃4、^＃5機凝汽器甲側循環水退水匯入^＃1循環
水母管，乙側循環水退水匯入^＃2循環水母管，循環水經^＃1母管分別進入2座冷卻塔甲側，經^＃2母管分別進入2座冷卻塔乙側。因投產時間較長，循環水系統閥門嚴重老化，使循環水系統的調整相當困難。
此次冷卻塔改造，為了節約投資，將原2座塔可用的未嚴重堵塞的水泥網格填料用於^＃1冷卻塔，而將^＃2塔全部更換為竹柵填料，料層高度保持在原設計值（1．6 m）。
1　竹柵填料的結構及特點
竹柵填料是由等寬竹板條以相同的間隔串接成厚度約為50 mm的竹柵排，分層擺放，隔層垂直交錯排列，2層竹柵填料即可構成網格狀料層。與水泥填料相比，佔用空間較小，可降低風阻。竹材選用2～4 a的新鮮毛竹，去掉根頭，取中間部分約3 m長的竹筒，劈成4個竹板條，板條厚度應在6～10 mm。採用優質竹板條修製成的栓條串接，栓條直徑15mm左右，每片竹板採用機械鑽孔，每片間隔採用耐熱防凍的塑料管切割而成。
竹柵填料的特點是：
a．竹質堅硬，皮層光滑，彈性度及抗拉強度高，不易結垢，不易粘掛泥砂而堵塞。
b．竹料吸水少，濺水性能良好，易形成滴狀及膜狀落水，淋水均勻。
c．抗腐蝕性能優異，長期浸泡不變形，淋水負荷大，不易老化。
d．竹材價格低廉，且可替代鑄鐵填料支架，直接鋪在樑上，降低改造費用。
2　竹柵填料的特性及分析
為驗證該填料的使用效果，河北省電力試驗研究所汽機室與微水發電廠有關人員一起於1999年9月進行了該塔的性能試驗。
2．1　熱力特性
實測^＃2塔的熱力特性方程為：Ω＝1．35λ⁰^．⁵
式中　Ω———氣水比
λ———冷卻數
2．1．1　與同類填料的對比
採用同類填料的冷卻塔比較典型的是撫順電廠^＃5塔，該塔改造後由西安熱工所進行了測試，所得特性曲線為Ω＝1．42λ⁰^．⁴²，微水發電廠^＃2塔與該塔相比冷卻性能略低，主要是由如下原因引起的。
a．循環水系統運行方式較為複雜，2座冷卻塔及冷卻塔內部兩側水量不平衡，造成冷卻塔配水不均，影響水塔的出力。
b．運行年限較長，部分配水槽發生堵塞，其中最嚴重的2條配水槽水深約為其它水槽的1／3，影響冷卻效果。
c．試驗中發現，有部分噴嘴出現脫落或堵死，這些區域出塔空氣溫度明顯較低，最低溫度較平均溫度低5～7℃。
如調整得當，熱力特性可接近甚至超過撫順電廠^＃5塔。
2．1．2　冷卻能力評價
^＃　2塔改造前未進行正式的設計計算，所以冷卻能力的計算仍參考撫順電廠^＃5塔的性能曲線，按初步設計採用的保證率為10％的氣象條件計算，^＃2塔的冷卻能力為撫順電廠^＃5塔的94．0％（0．605／0．643），基本達到了改造目的。
2．1．3　與塑料填料的對比
竹柵填料曾由中國水利水電科學院在試驗室條件下進行測試，熱力特性方程為Ω＝1．65λ⁰^．⁵⁶，與塑料PVC填料的試驗室結果十分接近，但由於PVC填料安裝維護要求較高，材料易損，其實際應用效果不佳。測試結果也表明，竹柵填料冷卻塔特性優於使用PVC填料的150電廠^＃3塔（特性曲線為Ω＝1．17λ⁰^．⁵⁷）。
2．1．4　與水泥填料的對比
對微水發電廠^＃1塔進行了1個工況的測試，結果是：在Ω為0．819時，λ為1．304，表明竹柵填料的冷卻效果較高。
2．2　竹柵填料的阻力特性及其對熱力特性的影響

填料的阻力特性測試採用阻力係數法。塔的通風量由其整體熱力平衡求出，通過調整進入^＃2塔的循環水量，調整了不同的風速，測得了多個阻力係數，求得該塔的平均阻力係數為35．7，低於華北電力科學研究院所測石景山熱電廠^＃1塔（使用PVC填料）的平均阻力係數（43）。
冷卻塔的抽力主要由空氣溫差形成，冷卻塔的熱負荷越大，抽力越大。冷卻塔的總風量則是抽力與阻力平衡的結果：阻力越低，風量越大，冷卻效果也就越高。對於一定熱力特性的冷卻塔來說，較低的阻力特性可以提高冷卻塔在相同的環境條件下的氣水比，在相同熱力特性下工作點上移，提高冷卻數，降低冷卻塔的出塔水溫，因而，對填料工作狀態的評價要綜合熱力特性和阻力特性的影響。竹柵填料由於阻力較低，更有利於改善冷卻塔的工作狀態。
3　結論及建議
通過試驗可以看出，冷卻塔採用竹柵填料可以滿足機組運行要求，達到了改造目的，其熱力特性和阻力特性均較好。建議在新建冷卻塔中推廣應用。