火電廠循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素分析

1、火電廠循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素分析(電站輔機2005年第四期翟培強(三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司河南三門峽 472143摘要:火力發(fā)電廠是一個耗水大戶,循環(huán)冷卻塔的耗水量約占整個電廠耗水量的60%以上。文中給出了循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素的定量分析。從影響冷卻塔耗水量的因素入手,用計算后的數(shù)值說明了冷卻塔耗水量并提出一些結(jié)論和建議。關(guān)鍵詞:火電廠冷卻塔耗水量分析Analysis on Influencing Factor for Recycle Water Consumption of CoolingTower in Power PlantZhaiPeiQiangSanmenxia Huayang

2、 Power Generation Co. Ltd.Henan Sanmenxia 472143Abstract: Fossil-fired power plant is a bigger consumer, and the cooling water will take 60 percent water consumption of the whole power plant. In the article, the quantitative analysis on influencing factor has been given for recycle water consumption

3、 of cooling tower in the power plant. A conclusion and some suggestions have also been put forward in the article. key words: power plant cooling tower water consumption analysis我國是一個水資源十分貧乏的國家,一些地區(qū)水資源已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要因素之一,節(jié)約用水成了一個社會發(fā)展所必須面對的問題?；鹆Πl(fā)電廠是一個耗水大戶,其中循環(huán)水冷卻塔的耗水量約占整個電廠耗水量的60%以上。因此,冷卻塔耗水量的變化對整個電廠耗水量

4、有著較明顯的影響。那么哪些因素影響冷卻塔的耗水量,又是如何影響的呢?下面以一臺300MW火電機組為實例具體分析一下其變化的內(nèi)在規(guī)律,以期獲得對火電廠節(jié)水工作有益的結(jié)論。1.計算所需數(shù)據(jù):(機組在300MW工況下冷卻塔循環(huán)水量36000t/h 循環(huán)水溫升9.51凝汽器循環(huán)水進水溫度20空氣濕度61%循環(huán)冷卻塔的端差5(端差為冷卻塔循環(huán)水出水溫度與大氣濕球溫度之差循環(huán)水濃縮倍率3.02.影響冷卻塔耗水量因素分析:火力發(fā)電廠循環(huán)水冷卻系統(tǒng)運行中,維持系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行的關(guān)鍵是兩個平衡,即:水量平衡和鹽量平衡。二者相互聯(lián)系,如果其中一個平衡變化,那么另一個平衡也會隨之發(fā)生相應(yīng)變化。2.1循環(huán)水的水量平衡

5、:水量平衡過程是:機組運行過程中,對于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來說,水的損失有蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失、排污損失、漏泄損失(由于量較小,一般可略去不計等,要維持水量平衡就需要同時對系統(tǒng)進行補水。循環(huán)水系統(tǒng)的水量平衡數(shù)學(xué)表達式為:PBu =P1+ P2+ P31公式1PBu:補充水量占循環(huán)水量的百分率,% P1:蒸發(fā)損失水量占循環(huán)水量的百分率,% P2:風(fēng)吹損失占循環(huán)水量的百分率,% P3:排污損失占循環(huán)水量的百分率,%在以上平衡中通常P1所占的份額較大,而它的大小主要取決于凝汽器的熱負荷,以及氣候條件(主要是溫度因素;P2的大小取0.1%(機組冷卻塔中裝有除水器時;P3的大小主要取決于循環(huán)水系統(tǒng)所能達到

6、的濃縮倍率。水量平衡的另一種數(shù)學(xué)表達式為: M=E+B+D 2公式2M:補充水量,t/h; E:蒸發(fā)損失量,t/h; B:風(fēng)吹損失量,t/h;的D:排污損失量,t/h其中:自然通風(fēng)冷卻塔的蒸發(fā)損失計算公式為:E=k×t×Qm 2公式3k:與環(huán)境大氣溫度有關(guān)的系數(shù),%;t:循環(huán)冷卻水溫升, ;Qm:循環(huán)水量,T。若其它條件不變,僅冷卻水量發(fā)生變化時,同一機組t成反比變化,因而蒸發(fā)損失水量則保持不變的。由公式1和公式2可以推出:B=Qm×P2公式4D=Qm×P3公式52.2循環(huán)水的鹽量平衡:循環(huán)水系統(tǒng)的鹽量平衡過程是:機組在運行過程中,由于循環(huán)冷卻系統(tǒng)中水的

7、蒸發(fā)作用,循環(huán)水中的溶解鹽類不斷濃縮,因此就需要通過排污等方式降低溶解鹽類。當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中進入和失去的鹽類達到平衡后可得:K=(P1+ P2+ P3/( P2+ P31公式6由以上兩個平衡過程的分析可以得出,影響循環(huán)水冷卻塔耗水量的主要因素為:環(huán)境溫度,空氣濕度,機組出力,濃縮倍率。3.影響耗水量因素的定量分析:3.1環(huán)境溫度變化對冷卻塔耗水量的影響:(取空氣濕度61%,機組出力300MW,濃縮倍率K=3.03.1.1蒸發(fā)損失量的計算:當(dāng)循環(huán)水進口溫度為20時,環(huán)境(大氣的濕球溫度為20-5=15,查文獻3可得,大氣的干球溫度為21。查文獻4可得,k=0.142%。代入公式3可得:E=k&

8、#215;t×Qm=0.142%×9.51×36000=486t/h3.1.2風(fēng)吹損失量的計算:由公式4可得:B= Qm×P2 =36000×0.1%=36 t/h3.1.3排污損失量的計算:由公式6可推導(dǎo)出:P3=P1+ P2(1- K/( K-1代入可得:P3=0.575% 由公式5可得:D= Qm×P3 =36000×0.575%=207 t/h3.1.4耗水量情況:由公式2可得:M=E+B+D =486+36+207=729t/h運用以上方法,我們可以很方便地計算出當(dāng)環(huán)境溫度為6、11、16、26、31、36時循環(huán)水

9、冷卻塔耗水量的變化情況(具體結(jié)果見表1和圖1表1:環(huán)境溫度變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響環(huán)境溫度( 6 11 16 21 26 3136循環(huán)水耗水量( t/h 575 626 678 729 781 832 883圖1:環(huán)境溫度變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響3.2環(huán)境濕度變化對冷卻塔耗水量的影響:(取循環(huán)水進水溫度20 ,機組出力300MW,濃縮倍率K=3.0由3.1的計算結(jié)果可知,當(dāng)環(huán)境濕度在61%時,冷卻塔的耗水量為729t/h。下面我們來計算一下,當(dāng)環(huán)境濕度為66%時,冷卻塔的耗水情況。3.2.1蒸發(fā)損失的計算:當(dāng)環(huán)境濕度為66%時,取循環(huán)水進口溫度為20,則大氣的濕球溫度為20-5=15,

10、根據(jù)文獻3 可知,大氣的干球溫度為20。查文獻4可得,k=0.14%,代入公式3可得:E=k×t×Qm=0.14%×9.51×36000=479t/h3.2.2風(fēng)吹損失量的計算:由公式4可得:B= Qm×P2 =36000×0.1%=36 t/h3.2.3排污損失量的計算:由公式6可推導(dǎo)出:P3=P1+ P2(1- K/( K-1代入可得:P3=0.57%由公式5可得:D= Qm×P3=36000×0.57%=205 t/h3.2.4耗水量情況:由公式2可得:M=E+B+D =479+36+205=720t/h運用

11、以上方法,我們可以很方便地計算出當(dāng)環(huán)境濕度為71%、76%、56%、51%、46%時循環(huán)水冷卻塔耗水量的變化情況(具體結(jié)果見表2和圖2表2:環(huán)境濕度變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響環(huán)境濕度(% 46 51 56 61 66 7176循環(huán)水耗水量( t/h 761 750 739 729 720 709 698圖2:環(huán)境濕度變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響3.3機組出力變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響:(取循環(huán)水進水溫度為20,大氣濕度為61%,濃縮倍率K=3.0由3.1的計算結(jié)果可知,當(dāng)機組出力為100%時,循環(huán)冷卻塔的耗水量為729 t/h。下面我們來計算一下,當(dāng)機組出力為75%時,循環(huán)冷卻塔的耗水量情

12、況。3.3.1蒸發(fā)損失的計算:由公式3可知,當(dāng)機組出力變化時,t將會隨之而改變。哪么如何變化的呢?由文獻5可知,凝汽器的傳熱方程數(shù)學(xué)表達式為:D××t =G×Cp×t 5在機組出力變化時,G、Cp 是不變的,而將有所變化,但變化很小,在此認為不變。因此,由上式可推出:t1/t= D1/D 公式5我們知道,汽輪機的排汽量變化與機組出力變化基本是成正比的,因此,當(dāng)機組出力由100%降至75%時,由公式5可得:t1=75%t=0.75×9.51=7.13代入公式3可得:E=k×t×Qm=0.142%×7.13×

13、36000=364t/h3.3.2風(fēng)吹損失量的計算:由公式4可得:B= Qm×P2 =36000×0.1%=36 t/h3.3.3排污損失量的計算:由公式6可推導(dǎo)出:P3=P1+ P2(1- K/(K-1代入可得:P3=0.41% 由公式5可得:D= Qm×P3=36000×0.41%=148t/h3.3.4耗水量情況:由公式2可得: M=E+B+D =364+36+148=548t/h運用以上方法,我們可以很方便地計算出當(dāng)機組出力在60%、50%時循環(huán)冷卻塔的耗水量變化情況(具體結(jié)果見表3和圖3表3:機組出力變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響機組負荷系數(shù)(%

14、 50 60 75 100 循環(huán)水耗水量( t/h 365 438 548 729圖3:機組出力變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響3.4濃縮倍率變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響:(取機組出力300MW,循環(huán)水進口溫度為20,大氣濕度為61%由3.1的計算結(jié)果可知,當(dāng)循環(huán)水濃縮倍率為K=3.0時,循環(huán)冷卻塔的耗水量為729t/h。下面我們來計算一下,當(dāng)濃縮倍率K=3.5時,循環(huán)冷卻塔耗水量的大小。3.4.1取循環(huán)水進口溫度為20,則大氣的濕球溫度為20-5=15,查文獻 3可得,大氣的干球溫度為21。查文獻4 可得,k=0.142%,代入公式3可得:E=k×t×Qm=0.142%

15、15;9.51×36000=486t/h3.4.2風(fēng)吹損失量的計算:由公式4可得:B= Qm×P2 =36000×0.1%=36 t/h3.4.3排污損失量的計算:由公式6可推導(dǎo)出:P3=P1+ P2(1- K/( K-1代入可得:P3=0.44% 由公式5可得:D= Qm×P3=36000×0.44%=158 t/h3.4.4耗水量情況:由公式2可得:M=E+B+D=486+36+158=680t/h運用以上方法,我們可以很方便地計算出當(dāng)環(huán)境溫度為4.0、4.5、5.0、2.5、2.0時循環(huán)水冷卻塔耗水量的變化情況(具體結(jié)果見表4和圖4表4:

16、濃縮倍率變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響濃縮倍率 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.55.0循環(huán)水耗水量( t/h 972 810 729 680 648 625 6085 0 h, 7 h* 0 g# _ 圖 4： 濃縮倍率變化對循環(huán)冷卻塔耗水量的影響 4.結(jié)論與建議： 8 |3 t4 R- t+ G$ x/ v4 r' & z, Z 4.1 環(huán)境溫度變化對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的耗水量影響近似為線性正比關(guān)系。環(huán)境溫度 每變化 1，循環(huán)水耗水量則變化約 10 t/h。約相當(dāng)于循環(huán)水量的 0.028 個百分點。 , d8 c9 e/ s& 7 , Z1 D! Y0 e4

17、a 4.2 環(huán)境濕度變化對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的耗水量影響近近似為線性反比關(guān)系。環(huán)境濕 度每變化 1 個百分點，循環(huán)水耗水量則變化約 2 t/h。約相當(dāng)于循環(huán)水量的 0.0056 個百分點。 4.3 機組出力變化對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的耗水量影響近似為線性正比關(guān)系。機組出力 每變化 1 個百分點，循環(huán)水耗水量則變化 7.3 t/h。約相當(dāng)于循環(huán)水量的 0.02 個百 分點。該結(jié)論是依據(jù)發(fā)電機組推導(dǎo)得出的，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組不適用。 2 M: _% Z: D 1 | * w- D4 c6 s 建議：1）在機組正常運行中，應(yīng)重視汽機側(cè)漏入疏水?dāng)U容器的疏水量。因為該 疏水量的增加相當(dāng)于增加了凝汽器的熱負荷，也即相當(dāng)

18、于機組出力是增加的。2）應(yīng) 重視冷卻塔的日常維護工作，因為若冷卻塔的冷卻效果較差會引起冷卻塔的出水溫 度上升，這不但會增加其耗水量，同時還導(dǎo)致機組煤耗升高。 在 3.3 的計算中，若不忽略 的變化，則計算結(jié)果與忽略 變化相比，耗水 量將有所增加但增加幅度不會超過 10%。 系。 ! Z0 Z |: i3 D. h6 m 4.4 濃縮倍率變化對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的耗水量影響是一個反比關(guān)系，但不是直線關(guān) 9 o2 |$ M0 n c G' b# A 當(dāng)機組循環(huán)水濃縮倍率升至 4.0 以后時，濃縮倍率的變化對循環(huán)水耗水量的影響基 本上就已經(jīng)比較?。ㄑh(huán)水濃縮倍率每升高 0.1，循環(huán)水耗水量則下降 1.5 t/h）。 即：當(dāng)濃縮倍率達到 4.0 以后，再提高濃縮倍率其節(jié)水效果已不十分明顯。 4.5 同類機組若安裝的地理位置不同（主要是指年平均溫度和濕度的影響）的話， 其循環(huán)冷卻塔的耗水情況也是不同的。因此同類型機組在進行發(fā)電耗水率指標(biāo)的比 較時應(yīng)考慮這方面客觀因素。 - F9 D. T3 O/ h4 Z8 Y0 k" X9 H6 Q ; Y9 n* H* n, D U 參考文獻： 1. 能源部西安研究所主編. 熱工技術(shù)手冊 第 4 卷 電廠化學(xué)M. 北京：水利電力 出版社， 19