冷却塔冷却方式Word格式.docx
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冷却塔冷却方式Word格式.docx
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ABSTRACT
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina'
seconomicconstruction,themarketdemandforpowersupplyofconstanttemperature,electricpowerconstructionisatahistoricpeak,inthermalpowerplant,economicoperationoftheunitisnotonlyrelatedtothemainequipment,butalsotheperformanceandrunningstatusandauxiliaryequipment;
inaddition,duetothepowerplantenvironmentalrestrictionsandadapttothenationalcallofenergy-savingemissionreduction,selectionofcoolingtowercoolingmodeinthermalpowerplantshasbecomeparticularlyimportant.
Throughaccesstoalargenumberofdomesticandforeignpapers,periodicals,
booksandsoon,thispaperhascarriedonthesummarytothecoolingtowercoolingsysteminthermalpowerplant.Atpresent,thethermalpowerplantcoolingmodesaretwomaincategories:
thewetmodeandaircoolingmode,thewetmodesincludingcirculatingwatercoolinganddirectcooling;
aircoolingmethodsincludingdirectaircoolingmodeandindirectaircoolingmode.
Thisarticlefocusesonthecoolingtowerasthemainline,thecoolingmodeinpowerplantatpresentareintroducedindetail,includingcomponents,principle,characteristicsandapplicationscopeandexistencetheproblemofDCwatercoolingsystem,circulatingwatercoolingsystem,thedirectaircoolingsystem,surfacecondensateindirectaircoolingsystem,mixedtypeindirectaircoolingsystem.Andthroughthecaseanalysis,carriesontheelaborationtothedifferentpowerplantcoolingsystemtodifferent;
finally,wedrawtheconclusion:
thisarea(ontheedgeofthecity,neartothenaturallakesorrivers,thearearichofwaterresource)shouldadoptthecoolingtowerofthewetcoolingunit;
theconstructionofpowerstationprojectsinthecoalrichandinwatershortagearea,shouldadoptaircoolingunit.Andlook,withthecontradictionbetweensupplyanddemandofwaterresourcesbecomeincreasinglyprominentandaircoolingtechnologyforcontinuousimprovement,aircoolingunitwillgraduallybecomethetrendofthedevelopmentofthethermalpowerplantofthefuture.
Keywords:
ThermalPowerPlant;
CoolingTower;
CoolingMethod;
WetCoolingMode;
AirCoolingMode
第1章绪论
1.1选题背景及研究意义
火电厂是将燃料燃烧发出的能量转化为电能的工厂,常见燃料包括煤、天然气以及石油等。
在燃料燃烧过程中,锅炉炉膛内的水被加热生成饱和蒸汽,饱和蒸汽在经过过热器过程中由烟气对其进行加热,从而转化为过热蒸汽,过热蒸汽随后经由主蒸汽管送至汽轮机内,蒸汽在汽轮机内产生的压力即推动汽轮机转动,这个过程实现了热能到机械能的转变。
机械能到电能的转换是通过汽轮机带动发电机转动来实现的。
蒸汽在做功之后,会进入到凝汽器,在这里蒸汽要变成水。
为了使蒸汽凝结为水,需要进行冷却,为此,需要把冷水输送至凝汽器的冷凝管中,这是通过循环水泵来实现的。
需要进行冷却的热量包括内冷水发热量、给水泵轴承发热量、蒸汽热量、引送风机轴承发热量、密封冷却水的热量以及汽轮机轴承发热量,由于热量大,所以通常火电厂的循环冷却水量也都比较大[1]。
1.1.1选题背景
从全球范围看,我国水资源总量位居世界第6位,而人均水资源占有量却只有世界人均水平的1/4,水资源短缺严重制约着我国的发展。
尤其是水资源分布的严重失调,更加剧了这一情势。
在中国的西北、华北地区,人均淡水拥有量仅为全国平均水平的1/4,在山西、陕西、蒙西、宁夏、呼盟、锡盟和新疆这些省(区)幅员辽阔,面积约占全国的34%,但水资源总体相对贫乏,水资源总量为1959亿m3,约占全国的7%,西部地区缺乏水资源,常规的湿冷式燃煤电厂建设模式在这些地区不适宜,而电力行业是耗水大户,形成了有煤发不出电的被动局面。
另一方面,我国北方地区水资源极其宝贵,治理荒漠化、恢复植被和保护生态环境都需要水,水资源的统一规划和合理使用是协调经济发展与生态环境的重要保证,从而导致了电厂用水量受到了限制。
近年来,随着我国经济建设的快速发展,市场对电力供应的需求不断升温,电力建设正处在一个历史高峰期。
火力发电作为我国目前的发电主体,据相关资料统计,截止到2014初,全国火电装机约占总装机容量的75%,火电的发电量占总发电量的80%左右,我国目前的火电机组中绝大多数都是煤电机组。
受我国能源结构特点的影响,决定了今后很长一段时间内,我国的电力构成仍然以煤电为主。
因此,在煤炭资源丰富的地区大力发展火电事业,实现变输煤为输电的经济发展模式的转变,既是落实国家相关的经济发展政策,也是加快我国区域经济发展的必由之路[2]。
伴随着低碳经济的提出,节能减排成为国民经济发展的重要目标,在电力工业中节能更是非常重要而又长期的任务。
目前从我国的电厂实际情况来看,节能的潜力很大。
在火电厂中,机组运行的经济性不仅与主设备有关,而且还与辅助设备的性能和运行状况相关。
在闭式循环水泵系统中,循环水泵通过不断的做功使冷却水在凝汽器与冷却塔之间循环,从而使得循环水泵成为火电厂中耗电量较大的设备之一,它消耗的电量约占总发电量的1%-1.5%,且循环水泵运行方式对汽轮机排汽压力和厂用电率指标影响较大,因此研究和改善循环水泵的运行方式,对于节约厂用电、提高电厂运行经济性具有重要的意义。
建立资源节约型和环境友好型社会,促进经济社会可持续发展,我国大力加强节能减排工作。
“十一五”期间节能减排目标:
实现国内生产总值能耗降低20%、主要污染物排放总量减少10%。
在“十一五”开局之年,我国经济社会发展绝大部分目标超额完成,而节能减排目标没有实现。
今后的节能减排工作面临着巨大压力和严峻挑战。
电力行业既是优质清洁能源的创造者,又是一次能源消耗大户和污染排放大户,因而也是国家实施节能减排的重点领域。
未来的节能减排工作将以火电厂节能减排为核心,以降低火电厂煤耗、厂用电率和二氧化硫排放量为重点。
面临这样严峻的形势,电力生产厂家需从设备管理、运行管理、燃料管理等全方位入手深化节能减排工作,从而提高机组的经济性,降低发电成本。
发电厂作为发电单位,其任务已不再是简单的完成年度发电指标,而是致力于提供优质、低耗的电能,满足社会的需要[3]。
1.1.2选题意义
冷却塔在电厂中作为一种进行气水热质交换的大型设备,做完功的排汽由汽轮机末级排入凝汽器后凝结,其释放的热量由循环冷却水带入冷却塔后排入大气,一般300MW机组冷却塔平均每秒释放约5×
105kJ热量,可见冷却塔在电站系统中发挥着重要作用。
冷却塔要求以较高的冷却效率,使在凝汽器内加热后的循环水获得尽可能低的温度,一般情况下凝结水的温度越低,汽轮机的热效率越高,反之不仅会影响汽轮机的热效率,甚至会危及汽轮机运行的安全性。
因此,冷却塔的冷却效率直接影响火电厂运行的安全性和经济性。
火电厂所处地理位置水资源的分布以及对火电厂经济性要求等的限制对其有深刻的影响。
所以,在富煤的地区大力发展火电机组要选择合适的冷却方式[4]。
1.2火电厂冷却方式现状
火力发电厂作为工业耗水大户,对水的消费是客观的,发电厂需要大量的冷却水,其供水系统主要有直流供水和循环供水两大类,其中循环供水已经成为大部分火力发电厂的供水方式。
循环水的冷却方式可分为冷却塔冷却和冷却池冷却,而冷却塔冷却又分水冷和空冷两种冷却方式。
对于采用循环冷却的电厂来说,循环冷却水的消耗量占电厂总耗水量的70%,通常状况下,火力发电厂冷却塔的循环水因蒸发原因损耗总水量的1.2%~1.6%.风吹损耗小于0.5%,排污损耗为1%左右。
也就是说,因蒸发原因所消耗的水量占电厂总水量的30%~50%。
在我国火电电站建设初期和沿江河湖海地区的原电站项目,大多采用水冷技术,由于蒸发使大量循环水损失。
随着用水的紧缺和节约用水政策的实施。
我国电站建设规模较大且以燃煤发电的电厂,均推广空冷技术,采用空冷要比水冷节水3/4以上。
不仅对于我国华北及东北许多富煤少水地区发展电力事业,而且对调整现有电源结构、提升民族制造工业水平,都有现实意义[5]。
火电厂空冷技术的应用已有70余年的历史,经历了机组容量由小到大,技术由不成熟到成熟,应用地区由炎热的南方到寒冷的北方,由不受重视到大力提倡的过程,其发挥的节水作用日趋显著,发展前景将越来越广阔。
火电厂空冷技术的成功应用为富煤缺水地区的电力工业开拓了一条发展之路,是确保今后在富煤缺水地区顺利发展火电事业的基础,是实现火电厂节约水资源的重要方法与举措。
随着我国电力需求的高速增长、水资源的日益匮乏,在我国大力发展火电厂空冷技术尤为重要。
目前火电厂的冷却系统主要有湿冷系统和空气冷却系统两大类,湿冷系统分为:
开式冷却系统和闭冷式冷却系统;
干冷系统分为:
直接空冷系统和间接空冷系统[6]。
1.3本文主要研究内容
本课题对火电厂冷却塔冷却方式在火电厂的应用及发展进行总结。
以火电厂冷却塔的应用为主线,详细介绍冷却塔的发展历史及现状;
系统的组成及功能特点;
主流冷却方式的结构、特点。
第2章冷却塔及冷却方式简介
2.1冷却塔的作用及原理
火电机组汽轮机末级排汽在进入凝汽器降温凝结后循环利用,按照凝汽器内用于冷却排气的介质不同分为空冷与湿冷,空冷即通过环境大气冷却,而湿冷则通过低温冷却水予以冷却,对于水源比较贫乏的地区冷却水需要循环使用以节约用水。
冷却塔作为火力发电厂的重要辅助生产设备,是完成循环水冷却的重要装置。
图2-1电厂中冷却塔工作原理图
在火力发电厂中,冷却塔的主要任务是:
水在锅炉内被加热成高压蒸汽,然后进入汽轮机,推动汽轮机做功使发电机发电,经汽轮机做功后的乏气排入凝汽器,与冷却水进行热交换而凝结成水,再用水泵打回锅炉循环利用;
而携带废热的冷却水,在冷却塔中与空气进行热、质交换,使废热传输给空气并最终散入大气;
在冷却塔内被冷却的水变为低温水后,水泵将其再次送入凝汽器,循环使用。
其过程如图1所示。
冷却塔是用来描述直接(开路)和间接(闭路)散热设备其将循环水以喷雾方式,喷淋到玻璃纤维的填料上。
填料提供了更大的接触面,通过水与空气的接触.达到换热效果。
再南风机带动塔内气流循环,将与水换热后的热气流带出,从而达到冷却[7]。
冷却塔要求以较高的冷却效率,使在凝汽器内加热后的循环水获得尽可能低
的温度,一般情况下凝结水的温度越低,汽轮机的热效率越高,反之不仅会影响汽轮机的热效率,甚至会危及汽轮机运行的安全性。
因此,冷却塔的冷却效率直接影响火电厂运行的安全性和经济性[8]。
2.2冷却塔的结构
第一座工业冷却塔诞生于1904年的法国,随后无论从建筑材料、塔型,内部结构(如填料选材与型式、配水系统的布置方式)等方面,还是从对环境因素、循环水特性对冷却塔性能的影响的研究等方面,人们对冷却塔性能的不断优化都作出了不懈的努力。
1910年荷兰学者依特尔松提出了以钢筋混凝土建造冷却塔壳体,此后的塔体建筑材料基本固定,而塔形则经历了圆柱形、锥形,甚至方形结构,最终定型为目前常用的双曲线形,填料的选材至今仍有所不同,可用的有如木材、石棉水泥、陶瓷、塑料、玻璃钢等,布置方式更是分为S形、斜交错形、台阶式梯形、六角蜂窝型、双向波形等型式。
目前的冷却塔仍有较大的节能潜力,故对其结构的优化还远不止于此。
冷却塔一般主要由填料、配水系统、通风设备、空气分配装置、挡水器、集水槽等部分构成。
结构的不同组合可以构造成不同型式的冷却塔。
实际运行中各种结构均发挥了不同的作用,维持了冷却塔内部系统的正常运行,为火电厂发电生产创造了优越的冷却环境[9]。
(1)塔筒
冷却塔塔筒呈双曲线形,其作用是要创造良好的空气动力条件,减少通风阻力,并将湿热空气排至大气层,减少湿热空气回流。
为满足热水冷却需要的空气流量,塔内外需要有足够的压差,但塔内外空气密度差是有限的,因此自然通风冷却塔必须建造一个高大的塔筒。
(2)淋水填料
淋水填料作为冷却塔的重要构件,其作用是将进入的热水溅散成细小的水滴或形成薄的水膜,以增加水和空气的接触面积和接触时间,即增加水和空气的热交换程度。
淋水填料区是水发生冷却的主要区域,整个塔60%一70%的温降发生在此区域,其性能的优劣直接影响冷却塔的运行经济性。
淋水填料热力性能越好,通风阻力越小,其散热能力就越强,冷却水在此区域内的温降就越大。
对淋水填料进行性能研究以及合理选型一直备受国内外学者的重视,从80年代以前的重型水泥网格填料到近几年的轻质PVC淋水填料;
从应用单种填料到多种不同填料的优化组合,这些对淋水填料的研究和改进工作均是沿着淋水填料高热力性能、低阻力特性的方向开展的。
重视高效低阻淋水填料的研究,是提高冷却塔冷却性能的重要手段。
(3)配水系统
配水系统的作用是保证在一定的水量变化范围内将热水均匀地分布于整个淋水填料面积上,从而使填料作用得以充分发挥。
配水分布性能的优劣,将直接影响空气分配的均匀性及填料发挥冷却作用的能力,配水不均匀,将降低冷却效果。
(4)收水器
收水器的作用是将冷却塔气流中携带的水滴与空气分离,减少循环水被空气带走的损失。
收水器通常采用惯性撞击分离法的技术原理进行设计,一般由倾斜布置的板条或波形、弧形叶板组成。
通常应选择那些收水效率高、气流阻力小、坚固耐用且价格低的收水器。
(5)雨区
雨区是逆流塔中填料以下、水池水面以上、像下雨的区域。
也有的将此区称为配风区,即气流进入冷却塔以后,经过此区域,然后进入填料。
(6)集水池
热水经冷却后,汇集到集水池内,然后从集水池流到水泵房,循环使用。
集水池的容积,应保证冷却塔的正常运行,以及冷却塔突然停运时,水不会溢出池外[10]。
2.3冷却塔的分类
冷却塔是一种将循环水进行冷却的设备,按照冷却原理的不同,可以分为空气冷却式冷却塔和蒸发式冷却塔。
2.3.1空气冷却式冷却塔
空冷塔是一种通过空气与水的接触,利用空气的湿球或干球温度来冷却水的装置。
(1)根据循环水与空气的接触方式,空冷塔可分为三种:
敞开式(湿式),密闭式(干式)和混合式(干、湿式)。
敞开式(湿式)空气冷却塔是指热水与空气直接接触、蒸发散热和传导散热同时进行的敞开进行的敞开式循环供水系统,热水的热量由空气带出塔外。
密闭式(干式)空气冷却塔是指热水与空气不直接接触,热水的冷却是在空气冷却器中实现的。
干冷却塔中,水在管中流动,空气在管外流动,由于水不直接和空气接触,水和空气的传热为非接触传热,所以只有单纯传导散热;
冷却的极限温度为空气的干球温度[11]。
湿式冷却塔的热交换效率高,水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。
这种塔由于造价低、冷效高而被普遍采用。
缺点是有水的损失,包括蒸发损失、风吹损失和排污损失,因此需要补充水。
干式冷却塔散热效果不如湿式冷却塔,而造价又比湿塔高,所以应用较少,只有极少数干旱地区采用。
干湿式空冷塔是指热水与空气进行干式冷却后再进行湿式冷却的构筑物。
可以在小负荷时使用干式冷却塔,大负荷时干湿同时启用。
充分结合了干式和湿式空冷塔的优点,相互弥补缺点,是一种干湿联合使用的高效系统。
但由于其系统复杂,投资高,较少采用。
(2)根据水与空气流动方向的不同,湿式空冷塔又分为逆流式、横流式与混流式。
逆流塔是指热水从上向下穿过填料,而空气从下向上流动穿过填料,即热水和空气的流动方向呈近乎180o的冷却塔。
其优点有:
A进风口与出风口具有较大的高差,因而进出风不易短流,能保证吸入空气的湿球温度相对较低。
B根据热交换的基本原理,逆流冷却塔在热交换效率上是最高的。
C圆形逆流冷却塔的进风百叶可沿整个圆周布置,方形塔也可在四周布置,因此进风较为均匀,对冷却效果较好。
横流式冷却塔与逆流式不同的是热交换流程,其空气沿水平方向流动。
横流塔热交换效率低于逆流塔,进风口与出风口的高度也比逆流塔小得多,易短流。
(3)根据是否设置风机,空冷塔可分为自然通风机冷却塔和械通风冷却塔两种形式。
自然通风冷却塔是由塔进、出口空气密度差异使塔内外产生的压差,空气源源不断地流进塔内而无需通风机械提供动力,故称为自然通风。
为满足热水冷却需要的空气流量,塔内,外要有足够的压差,但塔内、外空气密度差是有限的,因此自然通风冷却塔必须建造一个高大的塔筒,其建造费用高,运行费用较低。
目前,1000MW机组的冷却塔,一般高度均在160m以上,对于气温高,湿度大的南方地区,塔高已达到185m-200m,这就造成自然通风冷却塔的初期投资高,设计难度大。
机力通风冷却塔的冷却机理与自然通风冷却塔是一样的,仅通风形式不同。
机力通风冷却塔依靠电动机、风机的动力来满足冷却所需要的风量。
而机力通风冷却塔以其初期投资低,运行灵活的优势,在各行业得到越来越多的应用。
随着机力通风冷却塔的发展,我国机力通风冷却塔的单台塔出力已达到了6000m3/h。
机力通风冷却塔的发展为大中型燃煤电厂冷却构筑物的选用提供了更多选择[12]。
无机风机冷却塔因以流体动能转换装置取代风,塔体出风口的结构是敞开式的,排风速度比传统式冷却塔小60%以上,再配合高效率的出风口五折挡水器,使排出气流的带水量远远小于传统式冷却塔。
其水的飞溅损失控制在0.001%一0.009%,比传统冷却塔低90%以上。
而有风机冷却塔由于空气的流动速度较大,会把部分水滴带出来,在塔周围形成“毛毛雨”的情况,会影响周围环境。
塔头出口采用渐缩式设计,排风速度高,大量水滴被气流带出塔外,因此水飞溅损失大,并影响周围环境(俗称下“毛毛雨)。
空气进口
对角式支柱
热水分配系统
钢筋混凝土塔筒
图2-2自然通风冷却塔原理图
2.3.2蒸发式冷却塔
蒸发式冷却塔在热交换原理上与空气冷却塔完全不同。
当冷却水进入冷却塔的盘管后,循环管道泵同时运行抽取集水池的水,经布水口均匀地喷淋在冷却盘管表面,室外空气在冷却风机作用下送至塔内使喷淋在盘管表面的部分水发生蒸发而带走热量,空气温度较低时,本身也可以和盘管内的水得到冷却。
它的传热是两个过程,首先是空气与循环水的直接热湿交换,然后才是此循环水蒸发过程中与冷却水通过盘管进行间接式热,这是一个利用蒸发冷却原理进行冷却的典型例子。
其具有如下优势:
(1)冷却水为全封闭系统,对水质的保证性较好,不易被污染。
(2)室外气温较低时,可以把它变成一个蒸发冷却式制冷设备。
但是,蒸发式冷却塔电耗较大,包括风机电耗和循环水泵电耗,比其他形式的冷却塔电耗要大得多且其进塔水压要求较高,要能克服塔内冷却盘管的阻力。
因此采用蒸发式冷却塔时,应进行综合的比较。
2.4冷却塔的使用情况
从我国目前使用的各种形式的冷却塔来看,在干、湿塔中以湿式冷却塔为主,干式冷却塔使用得较少,主要因为它造价高,冷效低;
在逆流式和横流式为辅;
在自然通风和机械通风冷却塔中,自然通风冷却塔单塔冷却水量现在已达7000m3/h以上,机械通风冷却塔单塔冷却水量还在5000m3/h以下。
前者主要用在火电厂,其他部门主要用机械通风冷却塔。
传统的循环水冷却方式通常采用湿式冷却塔,其设计是以湿球温度为基础,采用敞开式系统;
而干冷却塔是一个密闭式的循环水系统,即循环水通过空冷器中的盘管和散热翅片与空气进行热交换,达到循环水降温的目的,其设计是以干球温度为基础的。
湿式冷却塔无论从技术上还是从运行管理上都有很成熟的经验,国内已普遍采用。
但其缺点如下:
(1)冷却风机电耗大。
(2)淋水噪音、冷却风机噪音较高。
(3)冷却水量存在一定的损失,包括由于空气的吸湿带走的蒸发部分和
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