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冷却塔防冰冻常用措施发布时间:2011-10-27  点击次数:2560  新闻来源:菱电编辑

        在采用二次循环供水系统的火力发电厂中,冷却塔是应用最广泛的冷却方式之一,而在寒冷地区,冷却塔冬季结冰现象是影响电厂经济运行,危及冷却塔运行安全,困扰运行操作人员的普遍又严重的问题。本文结合工程实践,介绍目前常用的冷却塔防冰冻的几种措施及其设计要点,并提出冷却塔运行操作中应注意的问题。
        1 冷却塔结冰的部位及原因
冷却塔冬季运行过程中,最容易也是最主要的结冰部位是进风口处、风筒支柱上、淋水填料和填料的支撑梁、柱上。究其原因,主要是以下几方面:
(1)淋水填料外围水量过小,沿筒壁下流的水在筒壁下缘或挡水檐边缘、或流到塔筒支柱上遇冷空气结冰。
(2)冬季循环水量过小,或由于冷却塔分区配水,水量分配不当,部分填料处水量过小,造成填料底部和填料支撑架、柱上结冰。
(3)分区配水的冷却塔,冬季关闭内区配水,外区喷水溅到内区填料上引起结冰。
(4)填料底高于配水槽底,配水槽下没有填料,成为冷空气通道,冬季水槽两侧填料上的水溅到水槽外侧壁,沿外侧壁下流,在水槽底和A形架上结冰,当水槽下设有隔风板时,水流到隔风板上,遇冷空气结冰。
此外,由于冬季检修等原因,冷却塔停止运行,水池中的水为死水,且无热水放入引起水池冻结;机械通风冷却塔中冬季一些格停运,运行格的水汽飘落在停运的风机叶片上,积聚而结冰。
       2 防止冷却塔结冰的措施及设计要点
       2.1 采用分区配水方式,冬季关闭中央区域一般冷却塔夏季和冬季循环水量不同,冬季只有夏季的50%~70%,其配水系统一般采用分区配水方式,即内、外区配水;春、夏、秋季全塔配水运行,冬季关闭中央淋水区域,仅外区配水运行,使外区配水有足够的淋水密度,以达到防冰冻的目的。
根据运行经验,内区淋水面积为全塔淋水面积的40%左右,且内、外区分区边界距筒壁的距离不宜小于8.0 m,淋水密度从内向外逐渐增大,一般平均淋水密度外区比内区大约10%较为合适。在寒冷及严寒地区外区淋水密度控制在8. 0 ~12 m3/(h·m²),这样,不仅能有效防止冷却塔填料下和支撑梁、柱上结冰,而且冷却效果好。
为实现内、外区配水,可采用套筒式竖井配水系统或虹吸式竖井配水系统。前者是在塔外设阀门井小间,在进水管上设切换用的阀门,即通过启、闭进水管上的阀门来实现;后者是通过开启循环水泵的台数,改变竖井中水位,自动供给或切断内区配水。
这种防冻措施运行控制较为简单,是冷却塔防冰冻的主要方式之一,特别是一机一塔单元制供水系统的电厂应用最为广泛。
       2.2 设置弧行配水管
这是采用内、外区配水方式的冷却塔为增大外区淋水填料水量的一种方法,即将主水槽末端的配水管以弧形管沿塔周边延伸,延伸到每1/4圆周的中部,将管端封死,二者不相接,弧形配水管和其它配水管一样配置喷嘴。这样,喷嘴基本上布满了塔周边空隙,防止冷空气短路,填料上有一定的淋水量,就不易结冰。
考虑到管道安装距离的要求,弧形配水管中心距塔筒内壁一般为0.40 m左右,管中心标高、喷嘴间距与塔内配水管相同。
      2.3 设置挡水板
      2.3.1 内、外区填料分界处设置挡水板
当冷却塔采用内、外区配水方式时,在冬季,内区关闭的填料区与外区运行的填料区的分界处设置塑料或玻璃钢挡水板,将其隔开,以防止外区喷水溅到内区填料上引起结冰。挡水板上端固定在配水管构架梁下,下端伸至支撑淋水填料的铸铁蓖子顶面。
     2.3.2 环牛腿上设置挡水板
根据淋水构架梁、柱的布置需要,往往在冷却塔进风口内侧上缘设环牛腿,为避免水流沿环牛腿往下流,在进风口及人字柱上结冰,在塔内侧沿环牛腿下部设置玻璃钢挡水板(或予埋角钢起挡水板的作用)见图1。

挡水板高0.15~0.20 m,上端固定在环牛腿上,下缘最好做成锯齿状,以使水流尽快回到贮水池内。
        2.3.3 淋水填料与塔筒壁之间设置挡水板
工程实践中,为了施工简单、方便,某些电厂的冷却塔在进风口内侧不设环牛腿,此时,水流沿筒壁下流,在进风口和人字柱上结冰的可能性更大。为此,在筒壁周围沿淋水填料外侧设置玻璃钢挡水板(见图2)。

挡水板上端高于喷嘴位置,固定在筒壁予埋角钢上;下端不高于填料底,固定在支架上,当冷却塔同时设置防冻喷水管时,可固定在喷水管的支架上。
       2.3.4 主水槽下设置挡水板
冬季冷却塔运行时,外圈部分主水槽下(该段一般是单层水槽)结冰现象较为严重,为解决这一问题,在该段主水槽下两侧安装挡水板(见图3)。设置挡水板后,同时可起到将主水槽下冷空气气流导流到填料下,通过淋水填料进入塔内,避免冷空气沿主水槽两侧空隙直接进入塔内,降低冷效。
挡水板高约0.3 m,上端固定在水槽底部两侧的预埋件上,下缘做成锯齿状,利于水流汇集,尽快跌落,防止冻结。

        2.4 设置防冻喷水管
在冷却塔进风口内上侧装设环绕整个冷却塔的防冻喷水管,向塔内喷射热水,在冷却塔进风口处形成一道热水幕帘,阻碍冷风进入,同时切割进风口处的冰帘、冰柱,防止其增大。
防冻喷水管的热水接自循环水给水管,具体做法是从循环水给水管上引出2根防冻管,每根负担1/2塔的喷水量,防冻管通过设在阀门井小间内的该管上的阀门控制。防冻管在塔内沿人字柱基础敷设,在1/2圆周处二者断开,将管端封堵。从防冻管上引出若干立管,沿塔周围均匀分布,供给各喷水管。喷水管一般为分段的圆弧管,各管段不相通,这样即可减小其管径,又可达到配水均匀的目的。
每根防冻管的设计流量可按冬季循环水量的10%~20%计算;喷水管上开80mm×15 mm长方形喷水孔,孔距约0.4 m,开口方向与坚直方向成约20°夹角。
哈蒙公司在进行设有防冻喷水管的冷却塔热力特性计算中,根据多年设计及运行经验,总结出一条使冷却塔不产生冻害的经验曲线(见图4),即当冬季运行出水温度在曲线以上时,冷却塔就不会出现冰害。冷却塔冬季冷却水温不要低于12℃。

       2.5 设置挡水檐
在冷却塔的进风口上缘内壁作一圈挡水檐,将沿筒壁下流的水流导入水池,以避免在避风口和人字柱上结冰。
挡水檐宽0.3~0.4 m,檐与塔内壁夹角为45°~60°;塔内侧边缘为薄壁型挡水檐,以利水流滴落。冷却塔进风口内侧上缘设有环牛腿,并在环牛腿上设置挡水板时,可不同时设挡水檐。
       2.6 挂置挡风板
冬季运行时,在冷却塔进风口挂挡风板,此方法是一种为防止冷空气侵入塔内,避免淋水装置结冰的行之有效的措施,在科学的管理下,可收到良好的防冻效果。如在哈尔滨第三热电厂7 000 m²冷却塔、阜新发电厂3 500 m²冷却塔中均采用了这一方法,有效地减轻了冷却塔结冰的问题。
根据冷却塔进风口的高度,挡风板一般设置2~3层,用挂钩挂置在焊接于人字柱外缘的钢管上,成台柱面布置。挡风板上缘高于进风口上缘(风筒下缘)圆弧转弯处约0.1 m,下缘高于水池水面0.2m左右。根据挡风板的生产工艺,挡风板的高度一般不超过3 m,宽度不大于0.88 m。
挡风板的安装和拆卸应根据气温、风向和冷却塔内结冰情况等灵活确定,可安装迎风面半圈,或仅安装上层挡风板,或全塔安装。
挡风板的结构应便于机械和人工安装、拆卸;便于挡风板的安装、拆卸也是一些冷却塔将水池池壁移至人字柱基础以内的因素之一。
        2.7 设置旁路管
当汽机在冬季初投产或检修后投产启动,热负荷较小时,或冬季汽机停运,为使其冷却,循环水泵在无热负荷运行时,若将循环水送上冷却塔,将会在填料上大量结冰。为此,在循环水给水管上装设旁路管引入冷却塔水池。在上述机组运行工况下,可开启旁路管上的阀门(设于阀门井小间内),使循环水部分或全部直接进入水池。当热负荷达到正常值后,切断旁路管,使循环水全部上塔,进入冷却塔正常运行状态。
旁路管设计流量为冬季循环水量的60%~100%。
        2.8 设置连络管
冷却塔数量在2座以上的电厂,由于冬季检修机组等原因使冷却塔停止运行,为防止水池冻结,在冷却塔之间和单元制循环供水系统的循环水给水管之间设置连络管,连络管上均设有阀门。冬季将连络管上的阀门开启,将运行机组的部分热水通过旁路管进入停运的冷却塔水池,热水在水池之间循环流动,可防止水池冻结。
        2.9 机械通风冷却塔防冻措施
机械通风冷却塔可以采取停止风机运行、减小风机叶片的安装角度、或采用变速电动机驱动风机等措施减少风量,或者采用允许倒转的风机设备的措施化冰防冰。
        3 冷却塔运行操作中应注意的问题
冷却塔的运行管理十分重要,有了各种防冰冻措施,没有完善的、行之有效的运行管理制度,也不能有效地发挥作用。因此,防冻措施和健全的运行管理制度二者相辅相成,只有这样,冷却塔才能作到经济、安全运行。为此,电厂运行人员应具有高度的责任心,熟悉冷却塔的运行维护要)求,熟练掌握设计文件中关于各种防冻措施的操作方法,严格按冷却塔的运行规程进行操作,并在长期的运行中,根据气候条件和运行工况,摸索冷却塔的运行规律,积累运行经验。
在工程实践中,有些电厂的冷却塔运行人员责任心不强,没有按设计文件的要求执行有关防冰冻措施,致使冷却塔结冰严重,冰封住进风口,使冷却效果降低,冷却水温升高,影响电厂的经济运行;或填料下冰柱增大增长到水池水面,大大增加了淋水构架和风筒的荷载,危及冷却塔的安全;同时,填料在冰柱的拉力下掉入水池,填料碎片进入凝汽器,危及机组的安全稳定运行。凡此种种,在冷却塔运行管理中应该尽可能避免。
       4 结束语
冷却塔防冰冻采用单一措施往往难以收到良好的效果,一般是几种措施结合运用,进行优化组合,以期达到最佳的防冰冻效果。如张家口发电厂一、二期工程中6座4 500 m²冷却塔采用了内、外区分区配水、设置防冻喷水管、挡水板、旁路管、循环水给水管和塔间设置连络管等措施;山东聊城电厂一期工程2座8 500 m²冷却塔采用了内、外区分区配水、设置环行配水管、旁路管等措施;哈尔滨第三热电厂冷却塔采用了挂挡风板、设置防冻喷水管等防冰冻措施。这些电厂的运行实践证明,上述防冻措施的效果是良好的。总之,各种防冰冻措施应根据工程具体情况,因地制宜地选用,并进行科学管理,这样就能产生良好的社会效益和经济效益。


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