芻議循環(huán)水雙曲線冷卻塔防凍技術(shù)的研究與應(yīng)用
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摘要：根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝驮O(shè)備的特點，采用增加防凍管和改變運行方式等措施，充分利用循環(huán)水的余熱來防止冬季涼水塔大面積結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。
論文關(guān)鍵詞：循環(huán)水,防凍管,涼水塔,旁通閥
萊鋼黃前熱電廠循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)在主要擔(dān)負著一臺高溫高壓燃氣發(fā)電機組凝汽器和兩臺高溫高壓干熄焦發(fā)電機組凝汽器循環(huán)水的供應(yīng)，冷卻面積為5500m2雙曲線自然通風(fēng)風(fēng)筒式逆流冷卻塔，塔高114米，是萊鋼目前最大的冷卻塔，冷卻幅度為4～6℃，僅立柱就高達7米多。
萊蕪地區(qū)在冬季盛行西北風(fēng)，冬季氣溫一般都在零度以下，極端最低溫度為－22.5℃。由于空氣溫度、濕度等氣象條件的變化，冷卻塔的冷卻幅度要比其它季節(jié)高3－4℃，因此冷卻塔極易出現(xiàn)掛冰現(xiàn)象，嚴重時，數(shù)百噸的冰柱懸掛在塔體，對冷卻塔的安全運行帶來很大威脅。若不采取相應(yīng)措施，則冷卻塔填料會掛冰、冷卻塔集水池也會結(jié)冰，冷卻塔承重支柱、填料托架、PVC配水管、淋水填料等將發(fā)生凍結(jié)損壞，因此，冷卻塔如何安全越冬就成了亟待解決的問題。為此我們經(jīng)過多方研究和分析，決定通過增加防凍管和改變冬季的運行方式來解決冷卻塔嚴重結(jié)冰的問題。
2防凍管選用的原因及分析
2.1冷卻塔的防冰，應(yīng)用較多的是懸掛檔風(fēng)板和增加防凍管。
2.2在冷卻塔的進風(fēng)口懸掛擋風(fēng)板：一是可以改善進風(fēng)口的保溫條件，使該區(qū)域的水流不受寒風(fēng)侵襲；二是可以減少進入塔內(nèi)的空氣量，使進風(fēng)口處易結(jié)冰的區(qū)域得以改善。但由于檔風(fēng)板安裝和拆除很不方面，并且需要隨季節(jié)變化及時進行安裝與拆除，成本較高，此涼水塔面積大、立柱高，因此不適合懸掛擋風(fēng)板防凍的辦法，需要采用其他辦法進行防凍。
2.3在冷卻塔的進風(fēng)口安裝防凍管
2.3.1原因：針對現(xiàn)用設(shè)備的運行方式，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)、布置及結(jié)構(gòu)，保證冷卻水塔冬季防凍的措施并進行了實施。
冬季凝汽器進出水所產(chǎn)生的溫差較大，可以作為防凍管熱水的來源，不需要再增加其他的動力設(shè)備和輔助設(shè)備，從而降低了水塔防凍的費用支出。
防凍原理：防凍管是在冷卻塔配水系統(tǒng)的外圍（進風(fēng)口處）安裝循環(huán)水管，管子的下部均勻地開很多圓孔，通過噴灑熱水來防止結(jié)冰。其原理是：防凍管噴灑的熱水預(yù)熱了進入冷卻塔的空氣，相當(dāng)于改變了淋水填料運行的大氣環(huán)境；在冷卻塔進風(fēng)口處形成水簾，增加了空氣的流動阻力，限制了冬天冷卻塔的進風(fēng)量。改造后可以提高冷卻塔內(nèi)的溫度，達到預(yù)防結(jié)冰的效果。
2.3.2防凍管的優(yōu)點：一次性投資，投資小，操作方便，且投入使用后，在水塔防凍方面不需再發(fā)生任何費用，不用每年根據(jù)季節(jié)繁瑣地進行安裝和拆除，節(jié)約了大量的人力和物力。
3技改措施
3.1對涼水塔實施了增加防凍管的改造，此防凍管為Φ400cm碳鋼管道,在循環(huán)水回水母管上接出，安裝一手動閥門和一電動閥門（把信號引入主控室電腦，實行遠程控制和現(xiàn)場控制相結(jié)合的控制措施），在布水裝置下部，高度約6米，緊貼涼水塔內(nèi)壁呈環(huán)形分布，環(huán)形管內(nèi)側(cè)斜向下開與立柱成45度夾角的Φ10-20mm的一排小孔，小孔間距為100mm，為保證小孔噴水的壓力，小孔的總面積小于或等于防凍管的底面積，小孔數(shù)目=防凍管低面積/單個小孔面積=713個。投資預(yù)算如下所示：
名稱
型號
單位
數(shù)量
價格(萬元)
碳鋼管
Φ400cm
噸
40
20．00
電動閥
DN400
個
1
0.8
截止閥
DN400
個
1
0.2
人工費
5．00
合計
26.00
示意圖如下所示：
3.2操作方法簡單易行，冬季開啟閥門，春、夏、秋關(guān)閉即可。
4調(diào)控措施和效果及效益
4.1 不同情況下的使用方法:冬天氣溫不是很低，未出現(xiàn)很大的冰柱時，打開防凍管進水閥門即可，使水溫不是很高的循環(huán)水經(jīng)過防凍管分布到?jīng)鏊苓吋纯�，改善了水塔�?nèi)的環(huán)境，降低了水塔周圍冷空氣的進入，減少了結(jié)冰的幾率。
4.2改變運行方式提高回水溫度減少結(jié)冰：當(dāng)外界氣溫急劇下降，循環(huán)水回水溫度較低（在4℃－8℃），涼水塔周圍開始出現(xiàn)較大結(jié)冰現(xiàn)象時，我們通過汽輪機凝汽器的余熱來解決結(jié)冰問題，具體作法是：通過調(diào)整旁通閥開度，提高循環(huán)水溫度，然后再經(jīng)過防凍管，通過淋水減少結(jié)冰程度。
當(dāng)循環(huán)水溫度低于15℃時，則打開旁通閥，不使用防凍管，使循環(huán)水直接進入塔池，當(dāng)循環(huán)水回水溫度上升到20℃以上時，則關(guān)閉旁通閥，打開防凍管，使防凍管淋水溫度在短時間內(nèi)達到20℃以上，從而改變了塔內(nèi)的溫度，防止了大面積結(jié)冰的發(fā)生。反之，循環(huán)水溫度高于20℃時，則關(guān)閉旁通閥，打開防凍管，按正常方式噴水提高溫度，防止結(jié)冰。通過這樣往復(fù)操作，將循環(huán)水溫度始終控制在15℃－25℃之間，制定了具體的冷卻塔防凍管調(diào)溫方案，見下表
室外溫度
塔池水溫
回水溫度
旁通閥開度
－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
0°
4.3效果：該防凍管自07年冬天投運以來，未出現(xiàn)大面積的結(jié)冰現(xiàn)象，特別是08年幾次寒流帶來的大幅度降溫（最低溫度零下15攝氏度）都未出現(xiàn)大面積的結(jié)冰現(xiàn)象（見下圖），經(jīng)受住了寒冬的嚴峻考驗，保證了整個區(qū)域循環(huán)水的穩(wěn)定供應(yīng)工作。
4.4效益
4.4．1、避免了冷卻塔出現(xiàn)大面積的結(jié)冰現(xiàn)象，也防止了冷卻塔承重支柱、填料托架、PVC配水管、淋水填料等發(fā)生凍結(jié)損壞。更換一次約需資金30多萬元。安裝后更換頻率可由3年增加到6年，可增加效益：30萬元*2-30萬元=30萬元，每年降低成本30萬元/6=5萬元。
4.4．2、冬天如果出現(xiàn)結(jié)冰后數(shù)百噸的冰柱懸掛在塔體，對冷卻塔的安全運行帶來的威脅，停機消除冰柱（三天）一次所造成的損失如下：
（4.5萬KWh*24*3）*0.2+（2萬Kwh*24*3）*0.2元=93.6萬元（4.5萬是指5萬的機組每小時發(fā)的電，0.2是指每度電的效益）。
4.4．3、如果采用懸掛擋風(fēng)板，擋風(fēng)板損壞頻率大，更換周期不到三年，一次約需資金15萬余元，每年降低成本15萬元/3=5萬元。
防凍管的使用年限15年，則每年成本26萬元/15=1.8萬元。
綜上所述：每年可以增加效益
�。�5萬元+93.6萬元+5萬元）-1.8萬元=101.8萬元
通過冬季防凍管和運行方式調(diào)整的實施，防凍效果顯著，消除了涼水塔冬季嚴重結(jié)冰對循環(huán)水安全穩(wěn)定供應(yīng)帶來的威脅。
