火电厂冷却塔选择分析

李长宽

(中国华西工程设计建设有限公司辽宁北方分公司，辽宁 沈阳 110003)

受国家产业结构调整和节能减排政策的影响，同时也由于设备制造和材料科学的进步，火电厂单机容量有了跨越式的提高，急需开展相关研究工作，以解决工程设计中遇到的问题，满足工程建设的需要。

1 冷却塔分类和比较

在冷却构筑物中，冷却塔形式最多，构造最为复杂。按照通风方式分类，有自然通风冷却塔和机械通风冷却塔。按照热水和空气的接触方式分类，有湿式冷却塔(敞开式)、干式冷却塔(密闭式)和干湿(混合)式冷却塔。按照热水和空气的流动方向分类，有逆流式冷却塔和横流式冷却塔[1-2]。

按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流式冷却塔、混流式冷却塔。逆流式冷却塔中水自上而下，空气自下而上，横流式冷却塔中水自上而下，空气从水平方向流入。逆流塔阻力大，冷却效果好，占地小，价格相对较高；横流塔阻力小，冷却效果相对较差，占地相对较大，价格相对便宜。横流冷却效果比逆流差，但是易维护，一般动力消耗低。逆流式冷却塔和横流式冷却塔比较分析见表1。

表1 逆流式冷却塔和横流式冷却塔比较分析

2 冷却塔风机的选择计算

2.1 风速

空气动力计算的目的是根据风量计算全塔通风阻力，选择合适风机或验算所选风机是否符合要求[3-4]。机械通风冷却塔可根据风机风量或从工作点求得的气水比计算出风量，按式(1)计算风速：

(1)

式中：vi为空气通过冷却塔各部位的流速，m/s;G为进入冷却塔的风量，kg/h；Fi为空气通过冷却塔各部位时的横截面积，m2；ρm为冷却塔内湿空气的平均密度，kg/m3。

2.2 空气阻力

冷却塔空气阻力包括淋水填料阻力和塔体阻力两部分。塔体阻力计算公式见式(2)：

(2)

式中：Hi为各部位气流阻力损失，Pa;εi为各部位局部阻力系数。

2.3 通风机选择

根据空气体积流量和总阻力值，选择风机型号，并从风机特性曲线上选定风机叶片的安装角度。风机配备的电机功率按式(3)计算：

(3)

式中：GP为将空气重量流量换算成的风量，m3/s;H为实际工作压力，Pa；η1为风机机械效率，%；η2为风机效率；B为电机安全系数，B=1.15～1.20。

3 循环冷却水水质稳定基本指标

循环冷却水水质稳定处理效果的两个基本指标是腐蚀率和污垢热阻，分别反映水的腐蚀、结垢的微生物所造成的影响。

3.1 腐蚀率

3.1.1 均匀腐蚀

腐蚀率表示金属的腐蚀速度，其物理意义是：如果金属表面各处的腐蚀是均匀的，则金属表面每年的腐蚀深度以mm表示，即为腐蚀速率。

腐蚀率可用失重法测定，即将金属材料试件挂在热交换器冷却水中的某个部位，经过一定时间，由试验前后的试片质量差计算出年平均腐蚀深度，腐蚀率CL见式(4)：

(4)

式中：CL为腐蚀率，mm/a；P0为腐蚀前的金属质量，g；P为腐蚀后的金属质量，g；ρ为金属密度，g/cm3；F为金属与水接触面积，m2；t为腐蚀作用时间，h。

3.1.2 局部腐蚀(点蚀)

对于局部腐蚀，如点蚀，通常用“点蚀系数”反映点蚀的危害程度。点蚀系数是金属最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。点蚀系数越大，对金属危害越大。

3.1.3 缓蚀率

经水质处理后使腐蚀率降低的效果称为缓蚀率，用η表示，见式(5)：

(5)

式中：C0为循环水处理前的腐蚀率，mm/a；CL为循环水处理后的腐蚀率，mm/a。

3.2 污垢热阻

热阻为传热系数的倒数。热交换器传热面上由于结垢及污垢沉积使得传热系数下降，从而使热阻增加，此热阻称为“污垢热阻”。传热系数倒数之差见式(6)：

(6)

式中：Rt为即时污垢热阻，m2·h·℃/kJ；K0为传热表面清洁(未结垢)所测得的总传热系数，kJ/(m2·h·℃)；ψt为结垢后传热效率降低的百分数。

4 结束语

冷却塔是大型工业循环水场中最重要的设备，是工业水循环使用的根本保障。如今大力提倡循环经济，有越来越多的企业和用户开始重视和关注冷却塔技术的研究和发展，本文可为其提供参考。