1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机6冷却塔虹吸失效分析与对策邱逢涛 吴永海（华能邯峰发电厂 河北 邯郸 056200 ）【摘 要】介绍了冷却塔虹吸配水原理。从设计、循环水泵的实际出力偏离原设计条件、现场施工 3 方面分析邯峰发电厂#2 冷却塔部分虹吸失效原因，给出了相应的对策，也给出了配水切换方式的新方法，同时强调了循环水泵改变运行方式，冷却塔虹吸结构尺寸应做相应调整，才能确保冷却塔的经济运行。【关键词】冷却塔 虹吸 失效 对策1 前言自 1999 年 12 月，我国第一座虹吸式竖井配水冷却塔投入商业运行以来，该类型冷却塔存在可根据循环水泵水量，自动调节为全塔配水或外
2、围配水，配水均匀性好，冷却效率高等优点，9 年来在新建发电厂中得到广泛使用 。然而由于设计、循环水泵的实际出力偏离原设计条件、现场施工等原因，普遍存在无法达到理想的配水要求，虹吸失效使内围配水部分甚至全部失效的情况，造成冷却塔相当大的冷却面积得不到使用，循环水进入凝汽器的水温升高，进而提升了汽轮机排汽背压，直接降低了机组效率。2 虹吸配水原理虹吸配水方式是通过设在中央竖井内的虹吸装置实现的，虹吸装置由虹吸罩和虹吸堰构成。运行开始时，竖井水位上升漫过虹吸堰，快速带走虹吸罩内空气，形成负压区，水流则源源不断地稳定流入供内配水槽。当进塔水量变小后，竖井水位下降至虹吸罩最下部处，空气进入虹吸罩内（或打
3、开虹吸破坏阀） ，负压状态破坏，内配水槽停止供水，并自动转换成冷却塔外围配水造成虹吸失效。虹吸罩及虹吸堰初期多为金属焊接结构，后考虑到循环水的腐蚀，近年的虹吸罩为 CPVC 塑料制作，虹吸堰为钢筋混凝土现场浇制。3 冷却塔设计参数邯峰电厂 2660 MW 机组，每台机组配备 3 台循环水泵（设计流量为 28080 m3/h；扬程：26 m；转速：370 r/m）采用双曲线自然通风冷却塔：淋水面积：9000m 2 ；塔顶标高：150.002m ；进风口标高：10.224m；喉部标高：112.5mm； 喉部直径：67m；出口直径：71.126m；配水管中心标高：13.3m填料顶标高：12.2m 填
4、料高度：1m（两层） 竖井水位标高： 14.95m （三台泵运行水位）竖井顶标高：17.0m全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机7冷却塔采用单沟、单竖井进水，根据竖井水位采用虹吸方式进行水塔的内外层配水。全塔共 4条封闭双层主水槽呈十字型布置，双层水槽的上层负责水塔内围区配水，占全塔面积的 31，下层水槽负责水塔外围区配水，占全塔面积的 69。竖井水位由循环泵的运行台数确定，夏季 3 台循环泵运行，全塔配水，竖井水位 14.92m，平均淋水密度为 8.20m3/m2.h；春秋季节两台循环水泵运行，全塔配水，竖井水位 14.13m，平均淋水密度为 6.28 m3/m2.h
5、；冬季两台循环水泵运行，水塔外围配水，竖井水位 15.26m，平均淋水密度为 8.87 m3/m2.h。虹吸罩及虹吸堰初期多为金属焊接结构，为提高虹吸形成的力度，在现有虹吸装置上增设辅助抽气装置。为解决冷水塔冬季结冰问题，除采用内外层配水系统外，还设计有旁路管 2。4 存在问题（以 #2 冷却塔为例）设计在冬季竖井水位 15.62m，超过了虹吸堰顶部标高 15.05mm，只外层配水是不可能的。循环水系统实际运行情况：自投产以来 循环水泵效率较低，未达到设计的效率及流量，也未在夏季三台泵运行，当负荷最高及气温最高时，仅为两台循环水泵及一台辅助冷却泵（主要用于冷却闭冷水，流量 2260 m3/h
6、扬程 30m）运行。自 2008 年 2 月份，由于节能减排压力，相继完成了循环水泵改高效及电机改高低速运行后，2008 年运行状态：对循环需求量最大工况为两台循泵高速（370r/m）运行，夏季大部分时间为两台循泵低速（328r/m）运行,在严峻工况下，增开一台辅助冷却水泵，春秋节较少时间为单泵高速运行，大部分时间为单泵低速运行。冬季单泵低速运行。#2 冷却塔运行情况：在循泵未改高效时，内围配水大部分失效；改高效后，夏季，即使是三台泵（两低速一高速）运行，东北区内围始终配不上水，水位标高低于虹吸堰顶部 0.26m：在两台泵低速运行时，仅只有外围及西南区内围配水（淋水面积约为总面积的 76%）
7、。水位标高低于虹吸堰顶部 0.56m 春秋季，如果不是事先开两台泵，仅只有外围及西南区内围配水（淋水面积约为总面积的 79%） 。水位标高低于虹吸堰顶部 1.48m：可以看出春夏秋三季基本上凉水塔有 24%淋水面积没有利用上。#1 冷却塔情况基本类似。虹吸堰水泥侧墙上有 3 个孔径约为 17mm 建筑用孔，东北区没有封堵，其它区域封堵不严实，虹吸帽水浸泡腐蚀严重，变形。曾经全部损坏，后修复。由此可见设计及施工存在问题，而且当循环水系统运行方式及流量变化时，虹吸尺寸并未做适当调整，两者不匹配。5 目标凉水塔最优运行方式：春夏秋，无论循环水泵运行台数及速度变化，实现全塔配水。尽可能降低进入凝汽器的
8、循环水温。冬季外围（69%）配水，配合防冻门的开度，防结冰及调水温。6 原因分析在目前固有的循环水运行方式及流量情况下，要使冷却塔能适应目标需求，可能存在如下情况：全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机81）虹吸罩密封效果不佳，存在漏点。2）辅助虹吸装置（水射器损坏）失效，抽真空管存在漏点。3）虹吸堰顶部过高，即便三泵也无法使水漫过，使水射器产生作用，虹吸帽上部也无法形成可用于抽真空的密闭空间。4）从外围配水切换到全塔配水，须增开循环水泵。7 检查处理情况7.1 查虹吸罩检查发现：上次检修中，对全部损坏的四处虹吸进行了制作更换，工期较紧，局部地方加固措施不到位，部分变形；
9、焊接不良，有焊洞；加上金属防腐前表面处理不良，防腐未干透，致使腐蚀严重，本次对所有金属表面进行除锈处理，补焊，加固后用压缩空气进行找漏，对发现泄漏处全部进行补焊。同时发现虹吸罩上部水泥预埋铁处多处存在大量渗漏，用专用胶进行封堵，对每个虹吸的水泥侧墙上的 3 个建筑孔重新进行封堵。对虹吸罩刷防锈漆及沥青漆进行防腐，同时保证注水前的充分干燥时间。7.2 查辅助虹吸装置用压缩空气对吹抽真空管，未发现泄漏，检查水射器正常。用于水射器的动力水管畅通。7.3 调整虹吸堰上部高度为了达到目标，分析冷却塔具体配水，中央竖井自高至低分 A、B、C、D（见示意图）4 个水位，在这四个水位时，下槽都能进水，即外区淋
10、水；水位 A 时，两泵低速运行，水流通过溢流堰顶流入上槽，此时过流流态为堰流，堰顶通大气，当堰顶空气被水流带走，流动变为管流，泄流水头加大，泄流量增加3。当来水流量不变时，竖井水位降到水位 B 时，形成虹吸，当两台泵切换成一台泵运行时，流量减小，依然保留全塔配水降到水位 D，在这种状态下打开虹吸破坏阀，使单台泵外围配水，水位上升到水位 C，也就是夏季在水位 B，春秋节在水位 D，冬季在水位 C，一旦天气过冷，打开防冻门，水位低于水位 C。从综合分析运行中的水位，发现虹吸堰顶部过高，参考在两台泵低速运行时，虹吸堰顶部标高应介于水位 AB 之间，决定降低顶部高度 0.56m。由于虹吸堰全部为金属结
11、构，在施工中也易进行。 7.4 隔离虹吸罩上部空间，提供水射器水动力，优化切换方式。目前虹吸的形成只有一种即自然形成，比如当前运行水位为 C，如果想让上槽进水，可以增开一台循环水泵，水位上升，形成虹吸，然后再关闭一台循环水泵，水位降到 D，只有在两台及以上的泵启动中才有可能制造虹吸，这种切换方式直接增加了运行启停动力设备次数，加大了风险。那么是否可以借助水射器的抽真空作用，将真空破坏门关闭，形成真空，靠抽吸力使水流过堰顶，上层进水，这就需要两个条件：1、虹吸罩必须有被水封住的密封空间；2、在虹吸没形成前，水射器必须有动力水驱动。根据现场实际要求，在虹吸堰最下部（此处任何状况均有水）安装 DN1
12、00 注水全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机9阀，在水射器动力水管装 DN50 水射器隔离阀，当一台泵低速运行时，不需要重启另一台泵，关闭虹吸破坏阀，关闭水射器隔离阀，打开注水阀注水，至虹吸帽上部空间全部被水封住，打开水射器隔离阀，抽吸封闭空间空气，使之形成真空，启动虹吸，这样较为方便在春秋季与冬季季节变更中实现单泵之间的外围配水与全塔配水切换反之，如果将 D 水位运行由虹吸方式变为仅外区配水，则需要关闭抽真空隔离阀，打开真空破坏阀（速度稍慢） ，也可临时打开防冻门降低水位至虹吸帽最下沿以下，可迅速破坏虹吸。这样在 4 种水位中，可以很方便进行切换。在抽气管上安装三个
13、阀门：虹吸破坏阀、抽真空隔离阀、辅助虹吸隔离阀和一个真空表。通过真空表可以监视虹吸内建立的负压情况，也可在运行中检查水射器的性能：打开注水阀待虹吸罩内形成密闭空间后，打开水射器隔离阀，关闭辅助虹吸隔离阀及虹吸破坏阀，打开抽真空隔离阀，观察真空表指示变化情况以确定辅助抽汽系统的性能以及水射器是否损坏，使检修更有针对性。8 结论全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机102009 年 1 月，在#2 机组 C 级检修中，实施了上述处理措施。通过试运行，达到了既定的目标要求，采取的对策是成功的。当前，由于节能减排压力，考虑不同季节温度不同，循环水泵双速及不同台数运行相结合已成为发
14、电厂循环水泵调节主要方式，而冷却塔如不及时做调整，势必无法发挥其经济性。而在现有的条件下稍做改动，即可达到既定的目标。9 不足由于水射器的管径小抽气动力相对较小，加上虹吸罩内空间较大，形成虹吸时间相对要长一些，可以在以后做进一步改进，更换管径更大抽气力更强的水射器，加快形成虹吸的速度。参考文献：1 王汉民 虹吸式竖井配水冷却运行中不虹吸的原因分析与对策 电力设备 2007 年第 11 期2 邯峰发电厂一期 2660 MW 工程冷却塔工艺设计说明 河北电力勘探设计院 19983 华能邯峰发电厂#1、2 冷却塔性能试验报告 河北省电力研究院 2004作者简介：邱逢涛（1976-） ，男，工程师，主要从事发电厂汽轮机检修技术管理工作。工作单位：华能邯峰发电厂 单位地址：河北省邯郸市峰峰矿区义井镇 邮编 056200
