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冷却塔加装空气动力涡流装置的热经济性分析 作者信息 摘要： 关键词： Abstract： 关键词： 1 引言 自然通风逆流湿式冷却塔在我国火电厂中被广泛应用，改善其冷却性能对提高凝汽器真空和机组效率至关重要。影响冷却塔冷却性能的因素很多，特别在环境侧风的影响下，使其空气动力性能减弱，降低了冷却塔的冷却性能。 白俄罗斯国家科学院从改变冷却塔流场的角度出发，设计了空气动力涡流调节装置，有效的提高了冷却塔的冷却效率，该成果获得了俄罗斯动力技术方面的官方认可，在世界上目前无同类技术，在1996年德国汉诺威展览会和1998年葡萄牙的里斯本出口展览会上，引起与会西欧国家动力专家的极大兴趣【网络】。根据白俄罗斯对采用该技术的多座电站数据统计，工程改造后冷却塔出入口温降增加了1.3，机组发电煤耗降低了0.5~1.0标准煤【火力发电厂冷却塔安装空气动力涡流调节装置的研究】。 随着煤炭价格的不断攀升和节能降耗的国家政策导向，采用新技术降低发电煤耗成为火电厂关注的焦点，空气动力涡流调节装置在国内尚属于推广期，该方面的研究报道还较少。因此，对采用该技术的电厂进行定量的经济性分析，对于该技术的推广使用具有极其重要的意义。 3 空气动力涡流调节装置 3.1 发展概况 冷却塔空气动力涡流调节装置最初是由白俄罗斯国家科学院1996年研制成功，其核心技术为导向板的结构、角度、尺寸、布置及材料选择的最优化，该技术的实用性研究属于世界首创。该项技术已成功用于俄罗斯第4电站、马兹里斯科电站、格罗德涅斯科电站、博波卢易斯科电站的冷却塔【网络】。 2001年，国内一些机构开始陆续介绍该技术，但迫于中国的煤炭价格，在中国使用该技术，投资回收的年限比较长，所以未被国内发电企业接受。随着国内煤价的攀升，采用该技术的投资回报年限缩短，国内一些发电企业开始尝试使用该技术提高机组的整体经济性。据了解【火力发电厂冷却塔安装空气动力涡流调节装置的研究】，2008年11月20日，天津华能杨柳青热电厂6号冷却塔开始实验安装，2009年1月5日正式投入。2009年10月，上海吴泾第二发电厂2号冷却塔安装空气动力涡流调节装置。2010年9月中旬，国电安徽蚌埠发电厂1号冷却塔开始风场测量，准备采用该项技术。 3.2 环境风对冷却塔冷却性能的影响 冷却塔的冷却过程主要分布在三个部分，喷溅装置（冷却量约占10%），淋水填料区（冷却量约占70%），填料下部的雨区（冷却量约占20%）。环境风对冷却塔冷却性能的影响主要集中在淋水填料区和填料下部的雨区，如图1为横向风对塔内各区换热的影响，图中实线对应左侧纵坐标，虚线对应右侧纵坐标。 在雨区，由于气液间的热质交换和相互作用力，无风时空气温度沿径向由外向内逐渐升高，速度逐渐降低，塔中心处空气的温度、湿度最高，速度最低。随着风速的增加，雨区由于气流紊流强度增加，气液间的热质交换效果被强化。 在填料区，随着横向风速增加，气流在进风口流通面积急剧收缩，其流速急剧增加，在填料底部形成低压环流区，妨碍了进风口附近填料区的进风。同时由于塔的迎、背风两侧的进风不均，使塔内汽水流场分布不均，相间热质交换过程恶化，这是冷却塔性能恶化的主要原因，此时填料区的换热量减少。随着横向风速的继续增大，填料区气流紊流强度增大而提高的热质交换量将大于因为气水流场不均匀引起的热质交换恶化量，所以整塔热质交换效果提高。 从图中可以看出，随着风速的增加，喷淋区换热量受风速的影响很小。 图1 横向风对塔内各区换热的影响 3.3 空气动力涡流调节装置的基本原理 冷却塔受环境风速的影响，在冷却塔内有较大空间（一般为塔径的1/3）的气水混合流形成稳定涡流或停滞状态。其次，流入的空气在雨区和填料区也呈不均匀分布状态。从而明显的降低了冷却塔的冷却效率，如图2所示： 通过安装空气动力涡流调节装置，冷却塔入口处的空气由于其正切分速度的影响，在冷却塔内部形成了稳定的旋转上升气流，这使空气流较深地和均匀地穿透冷却塔，增加了空气流与循环水的接触时间，避免了空气流的不均匀分配、出现停滞带及返流现象，有效的提高了冷却塔的热交换率，降低了循环水出水温度。 图2 冷却塔内部气流停滞涡流区 实验证明【网络】，在弱风情况下雨区和填料区也产生进入流的正切扭转，该空间甚至贯穿冷却塔中心，而并未像在常规冷却塔里气流垂直上升。特别是在冷却塔入风口处，空气流场稳定，没有气流停滞存在。 其次，导流板的存在相当于冷却塔进风口外移5~6m，从而使得干扰区远离塔体。同时由于导流板的整流作用，有效的改善了环境风对冷却塔侧面进风的影响，增加了水塔周边的进风均匀度。 图3 冷却塔空气动力涡流调节装置示意图 4 冷却塔加装空气动力涡流调节装置的热经济性分析 国电蚌埠发电有限公司为降低环境风对1号机组冷却塔换热性能