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超超临界百万机组冷却塔风水匹配及喷溅装置创新性改进及应用

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成果主要完成人

魏江浩、贺友才、黄 幸、徐 磊、陈 坤、付火平

项目概况

江西大唐国际抚州发电有限责任公司2×1000MW超超临界燃煤发电机组,#1机组2015年12月29日,#2机组2016年4月27日分别投产发电。1号冷却塔为双曲线自然通风逆流式冷却塔,淋水面积12500㎡,塔高176.00m,进风高度11.80m,塔水池底部内径135.10米,循环水进、出塔水温差9.17℃,年平均出塔水温22.8℃,冷却塔共安装TP-Ⅱ型喷溅装置11511套。 根据中国大唐集团科学技术研究院有限公司2016年9月23日出据的实验报告,1号冷却塔冷却能力值为95.98%,且经过4年多时间运行后,冷却塔的冷却能力会进一步降低。 1号机冷却塔现采用的TP-Ⅱ型喷溅装置要求有较高的剩余水头,淋水分散性、均匀性不佳,且存在内部中空的现象,使某些区域淋不到水,淋水填料出现盲区,盲区的通风阻力降低,空气流量大于有水区,大量的空气经盲区“短路”而流失,并使塔内气流流场紊乱,导致冷却效果下降。若改用高效旋转式喷溅装置,靠水头推动溅水盘旋转,产生大小而又不等的无规则水滴,靠自由落体运动,均匀地无固定轨迹地淋撒在填料上,实现使水与空气的均匀接触,可提高布水的均匀性,降低水塔的出水温度,提高凝汽器真空,降低汽轮机排汽压力。 喷溅装置是冷却塔内的重要设备,选择优良的喷溅装置也是提高冷却塔热力性能的关键措施之一。TDE-Ⅰ反射离心混合型喷溅装置具有以性能和特点: (1)综合了反射型和旋转型喷溅装置的长处,避免了此两型喷溅装置的缺点。具有TP 型喷溅装置中空小,向上溅散高度高,水滴细小的特点,又具有旋转型喷溅装置溅散半径大的优点,消除了旋转型喷溅装置中空大,布水不均的缺点。 (2)水流经多次、不同半径向上溅散后,布水分布更均匀(均匀性优于TP 型喷溅装置)。 (3)射流以不同角度向周向溅洒,加上多次向上溅散的效果,自喷溅装置中心到半径最远落水点形成了空间立体均匀布水效果。 (4)高速旋转的叶轮及溅水齿对射流的撞击作用使水滴变得非常细小,近乎达到了低压头雾化的溅散效果,增大了水滴与空气的接触机会,提高了布水区换热效率。通过对TDE-Ⅰ反射离心混合型喷溅装置水力学试验,在不同工况条件下,流量系数值在0.9左右,溅水均匀性分布系数值在0.032-0.118 之间,水力学性能好,喷溅均匀。既具有TP-Ⅱ型喷溅装置喷溅高度高,水滴细小,喷溅装置底部中空小的优点,又具有旋转型喷溅装置溅散半径大的特点。可供自然通风冷却塔中的管式配水使用。 若冷却塔喷溅装置由TP型换型成TDE-Ⅰ反射离心混合型喷溅装置后,单个喷溅装置淋水半径下平均增加值33%,经喷溅后水滴小,喷溅范围大,淋水特性好。冷却塔冷却能力值保守计算至少10%提升空间,冷却塔出塔水温有不低于1℃的下降空间。从保护设备、提高机组经济性、降低厂用电率、增加经济收入等方综合方面出发,对电厂原有的冷却塔喷溅进行改造是很有必要的。 通过1号机冷却塔内物理场精确测试,对冷却塔内的物理分布情况进行精确测量。采用Fulent平台,运用CFD(计算流体动力学)技术,结合原冷却塔设计条件,对冷却塔进行全三维建模传热传质数值分析,借助超级计算机工具对冷却塔进行全三维建模传热传质数值分析计算,得到塔内湿空气与循环水的速度场、温度场、压力场、湿度场;根据计算结果,按“风-水匹配”原则在塔内进行冷却风与循环水按湿空气冷却能力进行配水,并进行配水后重新计算,找到循环水出塔水温最优值状态,制定“风-水”匹配强化换热技术改造方案。