自然通风冷却塔进风均匀技术在50MW机组上的应用研究

【摘 要】针对建筑物及侧风对冷却塔运行效率的影响，采用导风板、导风斜板及导风管相结合的方式，消除建筑物及侧风的影响，提高冷却塔运行效率。

【关键词】冷却塔 侧风 导风板

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―395―01

兖矿集团南屯电力分公司5#机组为上海汽轮机厂生产的50MW单抽凝汽式汽轮机，配置一座1500m2自然通风冷却塔，处在厂区西北角。为满足厂界噪声达标要求，2006年在该冷却塔西侧和北侧厂区围墙上方安装了115m×12m高的隔音墙，造成冷却塔通风效果较差，导致冷却塔内空气动力场不均匀。在相同工况下，5#机循环水温度比其它机组高1-2℃，尤其在夏季，5#机运行真空明显低于其它同类机组，造成能耗偏高。

由山东大学对南屯电力分公司5#机冷却塔进行现场测试及分析，存在的主要问题是：

1、通过进风示踪试验，该冷却塔迎风面可以进风，侧面进风量减少，背风面甚至会出现风的外流。该现象导致冷却塔内空气动力场不均匀，使得整个冷却塔内部的汽水比不均匀；同时在冷却塔进风口迎风面处会产生较大的纵向漩涡，将会影响有效冷却面积，使得冷却面积减小。

2、由于隔音墙的影响，该冷却塔约1/3的范围不能有效进风，造成冷却塔的进风量减少。而且由于隔音墙的存在，在墙后引起较大的漩涡区，降低了迎风侧进风口空气流速，并进一步降低了塔内传热传质区的空气流速，弱化了塔内传热传质。

2、3、对5#机运行数据进行测试，包括不同负荷下真空度、排汽量、循环水量、凝汽器循环水进出口温度、冷却塔循环水进出口温度等，并进行数据分析，根据热平衡关系，构建冷端蒸汽放热、凝汽器传热、循环水吸热、冷却塔放热之间的热平衡关系，找出侧风与真空度、循环水进口温度、冷却塔出口温度之间的数量关系。

进风均匀系数计算公式：

山东大学能动学院研究表明：自然冷却塔暴露于自然界侧风的影响下，将对冷却塔带来两方面的影响：一是冷却塔进风不均匀，导致总的进风量减少；二是塔内部空气动力场不均匀，产生纵向漩涡，使得有效冷却面积减少。上述两点，均会导致冷却塔性能的恶化，而改善冷却塔冷却性能的根本方法即在冷却塔底部进风口位置采取有效措施均匀进风。

根据5#机冷却塔北侧隔音墙的具体情况，利用空气动力学理论、湍流理论、传热传质理论、蒸发冷却理论、漩涡理论，建立冷却塔进风口流场和塔内部空气动力场的数学模型，并利用现代计算技术和工程计算软件，进行冷却塔内部的湍流建模、数值计算与分析、接触传热分析、蒸发传质分析、漩涡分析等。

图1 有隔音墙，塔内外纵剖面空气动力场图 图2有导风斜板、翼型导风板冷却塔空气动力场

由图1看出，隔音墙的存在在墙后引起较大的漩涡区，降低了迎风侧进风口空气流速，并进一步降低了塔内传热传质区的空气流速，使冷却塔通风量由1381 kg/s降至 1245 kg/s，弱化了塔内传热传质。

通过分析计算及实验室模型塔实验，在隔音墙与冷却塔之间的近墙侧增设导风斜板，与水平面夹角为55°，长度为15m。斜板的存在有效消除了隔音墙所引起的漩涡区域，冷却塔进风口空气流速有所增加，塔内空气动力场得到有效改善。通过计算及实验，确定在冷却塔周向共安装33块翼型导风板，导风板统一顺时针偏转15°。加装翼型导风板后，塔内空气动力场更加均匀对称，此时进风量为1460 kg/s，相比于无翼型导风板时增大了约148 kg/s，实现了塔内传热传质的强化。

图3 导风斜板、翼型导风板布置图

通过加装导风斜板、翼型导风板后，冷却塔内空气动力场已非常均匀，传热传质得到强化。但从改造前的试验数据看，在冷却塔的中心位置，风速偏低。这是由于塔的抽吸力作用，在冷风未到达中心位置前，便被抽吸向上进行传热介质热交换。通过计算及模型实验表明，在冷却塔雨区布置导风管可最大限度的提高冷却塔的冷却效率。布置结构如图4。

图4 导风管布置图

2011年9月，山东大学对5#机冷却塔进行了现场热力性能试验，对冷却塔实施进风优化改造之后的相关性能进行全面考核。从测试分析情况看，改造后冷却效率提高19.68%，进风均匀系数提高0.3，冷却数最大可提高0.64，改造后折算冷却温差比改造前提高了2.7℃。由此可见，5#机冷却塔改造后各项性能指标都有较大幅度的提高。