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循环水双曲线冷却塔防冻技术的研究与应用

时间:2016-01-16  作者:胡克华

摘要:根据当地的气候和设备的特点,采用增加防冻管和改变运行方式等措施,充分利用循环水的余热来防止冬季凉水塔大面积结冰现象的发生,保证了设备的安全稳定运行。
论文关键词:循环水,防冻管,凉水塔,旁通阀

莱钢黄前热电厂循环水冷却水系统现在主要担负着一台高温高压燃气发电机组凝汽器和两台高温高压干熄焦发电机组凝汽器循环水的供应,冷却面积为5500m2双曲线自然通风风筒式逆流冷却塔,塔高114米,是莱钢目前最大的冷却塔,冷却幅度为4~6℃,仅立柱就高达7米多。

莱芜地区在冬季盛行西北风,冬季气温一般都在零度以下,极端最低温度为-22.5℃。由于空气温度、湿度等气象条件的变化,冷却塔的冷却幅度要比其它季节高3-4℃,因此冷却塔极易出现挂冰现象,严重时,数百吨的冰柱悬挂在塔体,对冷却塔的安全运行带来很大威胁。若不采取相应措施,则冷却塔填料会挂冰、冷却塔集水池也会结冰,冷却塔承重支柱、填料托架、PVC配水管、淋水填料等将发生冻结损坏,因此,冷却塔如何安全越冬就成了亟待解决的问题。为此我们经过多方研究和分析,决定通过增加防冻管和改变冬季的运行方式来解决冷却塔严重结冰的问题。

2防冻管选用的原因及分析

2.1冷却塔的防冰,应用较多的是悬挂档风板和增加防冻管。

2.2在冷却塔的进风口悬挂挡风板:一是可以改善进风口的保温条件,使该区域的水流不受寒风侵袭;二是可以减少进入塔内的空气量,使进风口处易结冰的区域得以改善。但由于档风板安装和拆除很不方面,并且需要随季节变化及时进行安装与拆除,成本较高,此凉水塔面积大、立柱高,因此不适合悬挂挡风板防冻的办法,需要采用其他办法进行防冻。

2.3在冷却塔的进风口安装防冻管

2.3.1原因:针对现用设备的运行方式,结合设备系统、布置及结构,保证冷却水塔冬季防冻的措施并进行了实施。

冬季凝汽器进出水所产生的温差较大,可以作为防冻管热水的来源,不需要再增加其他的动力设备和辅助设备,从而降低了水塔防冻的费用支出。

防冻原理:防冻管是在冷却塔配水系统的外围(进风口处)安装循环水管,管子的下部均匀地开很多圆孔,通过喷洒热水来防止结冰。其原理是:防冻管喷洒的热水预热了进入冷却塔的空气,相当于改变了淋水填料运行的大气环境;在冷却塔进风口处形成水帘,增加了空气的流动阻力,限制了冬天冷却塔的进风量。改造后可以提高冷却塔内的温度,达到预防结冰的效果。

2.3.2防冻管的优点:一次性投资,投资小,操作方便,且投入使用后,在水塔防冻方面不需再发生任何费用,不用每年根据季节繁琐地进行安装和拆除,节约了大量的人力和物力。

3技改措施

3.1对凉水塔实施了增加防冻管的改造,此防冻管为Φ400cm碳钢管道,在循环水回水母管上接出,安装一手动阀门和一电动阀门(把信号引入主控室电脑,实行远程控制和现场控制相结合的控制措施),在布水装置下部,高度约6米,紧贴凉水塔内壁呈环形分布,环形管内侧斜向下开与立柱成45度夹角的Φ10-20mm的一排小孔,小孔间距为100mm,为保证小孔喷水的压力,小孔的总面积小于或等于防冻管的底面积,小孔数目=防冻管低面积/单个小孔面积=713个。投资预算如下所示:

名称

型号

单位

数量

价格(万元)

碳钢管

Φ400cm

40

20.00

电动阀

DN400

1

0.8

截止阀

DN400

1

0.2

人工费

5.00

合计

26.00

示意图如下所示:

循环水

3.2操作方法简单易行,冬季开启阀门,春、夏、秋关闭即可。

4调控措施和效果及效益

4.1 不同情况下的使用方法:冬天气温不是很低,未出现很大的冰柱时,打开防冻管进水阀门即可,使水温不是很高的循环水经过防冻管分布到凉水塔周边即可,改善了水塔内的环境,降低了水塔周围冷空气的进入,减少了结冰的几率。

4.2改变运行方式提高回水温度减少结冰:当外界气温急剧下降,循环水回水温度较低(在4℃-8℃),凉水塔周围开始出现较大结冰现象时,我们通过汽轮机凝汽器的余热来解决结冰问题,具体作法是:通过调整旁通阀开度,提高循环水温度,然后再经过防冻管,通过淋水减少结冰程度。

当循环水温度低于15℃时,则打开旁通阀,不使用防冻管,使循环水直接进入塔池,当循环水回水温度上升到20℃以上时,则关闭旁通阀,打开防冻管,使防冻管淋水温度在短时间内达到20℃以上,从而改变了塔内的温度,防止了大面积结冰的发生。反之,循环水温度高于20℃时,则关闭旁通阀,打开防冻管,按正常方式喷水提高温度,防止结冰。通过这样往复操作,将循环水温度始终控制在15℃-25℃之间,制定了具体的冷却塔防冻管调温方案,见下表

室外温度

塔池水温

回水温度

旁通阀开度

-10℃以下

3-4℃

8-15℃

50°~75°

-5-10℃

8-10℃

13-15℃

25°~50°

0-5℃

10-15℃

15-20℃

0°~25°

5℃以上

15℃以上

25℃以上

4.3效果:该防冻管自07年冬天投运以来,未出现大面积的结冰现象,特别是08年几次寒流带来的大幅度降温(最低温度零下15摄氏度)都未出现大面积的结冰现象(见下图),经受住了寒冬的严峻考验,保证了整个区域循环水的稳定供应工作。

4.4效益

4.4.1、避免了冷却塔出现大面积的结冰现象,也防止了冷却塔承重支柱、填料托架、PVC配水管、淋水填料等发生冻结损坏。更换一次约需资金30多万元。安装后更换频率可由3年增加到6年,可增加效益:30万元*2-30万元=30万元,每年降低成本30万元/6=5万元。

4.4.2、冬天如果出现结冰后数百吨的冰柱悬挂在塔体,对冷却塔的安全运行带来的威胁,停机消除冰柱(三天)一次所造成的损失如下:

(4.5万KWh*24*3)*0.2+(2万Kwh*24*3)*0.2元=93.6万元(4.5万是指5万的机组每小时发的电,0.2是指每度电的效益)。

4.4.3、如果采用悬挂挡风板,挡风板损坏频率大,更换周期不到三年,一次约需资金15万余元,每年降低成本15万元/3=5万元。

防冻管的使用年限15年,则每年成本26万元/15=1.8万元。

综上所述:每年可以增加效益

(5万元+93.6万元+5万元)-1.8万元=101.8万元

通过冬季防冻管和运行方式调整的实施,防冻效果显著,消除了凉水塔冬季严重结冰对循环水安全稳定供应带来的威胁。

 

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