开远电厂湿冷机组冷却塔节能提效项目
一、工程概况
开远公司 7、8 号机组为 300MW 循环流化床机组，汽轮机是上海汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动凝汽式汽轮机，型号为 N300-16.7/537/537，额定工况主蒸汽流量 920.973t/h，额定背压 6.15kPa，采用 N-18500-1 型单背压、单壳体、对分双流程表面式凝汽器，闭式循环水系统。凝汽器冷却水流量 35580m3/h，设计循环水进水温度 24℃。每台机组对应一座双曲线自然通风冷却塔。
开远公司于 2010 年对 7、8 号机组实施冷却塔改造。
二、改前情况
1、设计参数和技术指标
冷却塔的主要设计参数如下：塔高 105.00m，进风口高 7.800m，集水池内壁直径 89.524m（±0.000m 标高），喉部内直径 48.000m（82.000m 标高），塔顶出口直径 50.998m（105.00m 标高），集水池水深 2.00m（水面标高± 0.000m），其中标高均为相对标高，±0.000m 相对于绝对标高 1186.70m。根据开远地区逐月平均气象条件，冷却塔计算出水温度：夏季出水温度28.41℃，春秋季出水温度 25.68℃，冬季出水温度 19.29℃。
冷却塔设计流量为 8.00m3/s，塔外循环水进水钢管直径 D2240×10，设计流速为 2.07m/s。塔内进水采用 2.25m×2.25m 的钢筋混凝土结构矩形沟，设计流速为 1.58m/s。塔中央设一个钢筋混凝土矩形竖井，断面尺寸为 3.00m×3.00m，竖井设计上升流速为 0.89m/s。在设计流量 8.00m3/s 时， 竖井水位为 12.070m，流量 5.39m3/s，内围配水区域关闭时，竖井水位为12.238m。主水槽有两条为双层，其断面尺寸上层为 1m×1m，下层为 1.45m×1.00，呈正交布置，竖井内围水槽进口设闸门（带启闭机操作），用以关闭塔内围区域配水，以适应部分热负荷或机组启动时热负荷过小的情况下的运行要求，及冬季运行的要求。主水槽顶部设有通气管用以排出水槽内的空气。
配水管分别由主水槽上下两层接出，上层两条 1×1 水槽，负责内围配水，其余四条负责外围配水，根据计算，选择配水喷嘴的间距均为 1m，呈正方形布置。喷溅装置为多层流型。配水管用不锈钢带悬挂在搁置除水器的梁上。除水器型号为B0-45/160 型。
塔内填料采用高度为 1.00m”S”波型淋水填料，其标准件尺寸为 1000×500×500(长×宽×高)mm。填料分两层，从下至上第一和第二层均采用标准件，每层高 0.5m。
2、存在的问题
1）2009 年共有 9 个月冷却塔出水温度高于凝汽器设计冷却水温度
24℃，汽轮机背压长期偏离设计值，循环水泵长期维持双泵运行，汽轮机热耗偏高、循环水泵电耗居高不下。同时，循环水温度偏高导致以循环水作为冷却水的各冷却器冷却效果下降，影响了机组运行的安全性。
2）冷却塔处理水量 28800m³/h 小于凝汽器要求的循环冷却水流量水35580m³/h。导致冷却塔大部分工况下超负荷运行，冷却塔淋水密度过大，冷却效率低，冷却塔出水温度偏高。导致机组背压高，发电煤耗高。冷却塔设计时采用“一维均风模型”（假定：各变量在冷却塔半径方向无变化，只随冷却塔高度发生变化；冷却空气沿冷却塔半径方向非常均匀地从的底部向塔顶方向吹）与冷却塔实际运行工况差别加大，实际上冷却塔的进水是横向进风，冷却风在冷却塔内的流量是沿塔的半径方向发生变化，而非一常数。设计假定与实际工况的差异导致冷却塔投入运行后冷却能力不能达到设计值。
3）开远公司的 7 号冷却塔实际冷却能力为设计的 100.3 %左右；8 号冷却塔实际冷却能力为设计的 97.4%左右。两个冷却塔均有不低于 20%的潜力可挖掘。
三、改造方案
1、技术路线
改造后机组带额定负荷下：冷却塔冷却效率大幅度提高，降低冷却塔出水温度 2℃以上，提高冷却塔冷却能力 20%以上，冷却能力达到 120％~130％，可降低机组发电煤耗约 1.6g/kWh。以每年每台机组 15 亿度电量估算，预计全年节能量为 2560 吨标煤，3 年即可收回成本。
2、实施方案
（1）改造内容
改造内容主要包含以下几项：
1）本项目采用冷却效率高的 S 波型PVC 塑料淋水填料，整个冷却塔填料的布置分为两层，各层填料交错布置。下层全部安装规格为1000×500×750mm。（长×宽×高）的填料；上层从塔心到半径 12 米的圆形范国布置规格为 1000×500×500mm。（长×宽×高）的填料，上层从半径 12 米到半径 34 米的圆环布置规格为 1000×500×750mm（长×宽×高）的填料，上层从半径 34 米到半径 38 米的圆环布置规格为 1000×500×500mm（长×宽×高）的填料；异形件安装时注意与同层相邻填料的波向一致，填料与填料之间、填料与塔筒壁、竖井及柱之间的间隙不大于 20mm，各层填料应填满。淋水填料成型片上粒径为 0.6-1.0mm 的杂质个数不超过 30 个/m2，分散度不超过 5 个/（10cm×10cm），且破损孔径不超过 2mm；成型片片边不得有破裂或明显缺口。
2）冷却塔淋水填料采用聚氯乙烯（PVC）塑料片制成；并满足夏季最高水温(50℃)时不软化、不变形，冬季最低气温（-20℃）时不脆裂。
3）喷头采用 ABS 工程塑料制成。型式为 TP－Ⅱ型，在水温 50℃条件下不发生软化变形，在最低气温-20℃条件下不破碎、不脆裂，喷头运行中不易发生堵塞、结垢，喷头及其底盘不脱落，喷头运行中对水的溅散性好、溅水均匀。
（2）单台机组关键设备
（3）项目总投资与施工周期
项目总投资 490 万元，其中单台机组项目费用 240 万，两个冷却塔性能试验 10 万元；每台机组的现场施工时间 24 天，性能试验 7 天，共计 31 天。
3、创新点
项目采用基于“风水匹配”原则下的强化换热技术开展 7、8 号冷却塔改造，通过对冷却塔进行 CFD（计算流体动力学）建模计算，在获得塔内流场分布的基础上，通过对塔内配水与填料布置优化达到配水与进风换热能力匹配的目的，从而实现强化换热，降低出塔水温。此次改造除对原等高填料布置方式进行不等高调整（一区布置调整为三区布置）外，重点对原先不合理的布水方式与喷嘴数量进行大幅改变，将原 7884 个f26 的喷嘴调整为 3942 个f25、f26、f28、f29 的喷嘴，分五区配水，整个项目对原设计作了重大改变。
四、实施效果
1、改造前后运行情况对比
项目实施后，由云南电力研究院对冷却塔进行性能测试可知：
（1）测试及计算表明，7 号冷却塔在测试工况（实际环境参数、进塔水温和冷却水量）条件下的实际温降为 8.1℃，相同条件下设计温降为6.19℃，即 7 号冷却塔改造后的实际冷却能力可达 130.9%。因此，经改造后 7 号冷却塔的冷却效果达到预期目的。
（2）测试及计算表明，8 号冷却塔在测试工况（实际环境参数、进塔水温和冷却水量）条件下的实际温降为 9.4℃，相同条件下设计温降为7.88℃，即 8 号冷却塔改造后的实际冷却能力可达 119.3%。
2、项目经济性分析
（1）项目实施后 7 号冷却塔改造后的实际冷却能力为 130.9%，8 号机组冷却塔改造后的实际冷却能力为 119.3%。改造后降低循环水温度2℃，降低机组背压 0.933kpa，按照年电量 33 亿kWh 计算，可节约标煤5771.7吨。
（2）冷却塔换热效果加强，减少了循环水换水、溢流措施的实施次数。 2010 年公司累计耗水 826.6 万吨，完成发电水耗为 22.37t/万kWh，较2009年度全年水平下降了 2.43t/万kWh。
（3）减少了高温季节循环水泵的运行台数，不但提高了机组的安全性，也达到了良好的节电效果。2010 年一季度与 2010 年四季度、2011 年一季度对比，循环水泵电耗降低 0.22%。
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