提高冷卻塔配水均勻性的探討

鄭州冷卻塔的配水系統是將進入冷卻塔的熱水均勻地淋撒在填料的頂面上，而淋水的均勻性對冷卻塔的冷卻效果影響非常大。

試驗證明：冷卻塔內填料所產生的溫降達整個冷卻塔的60-70%[1]；噴濺裝置配水而產生淋水層的溫降達整個冷卻塔的5-15%[2]；填料下雨區的溫降達整個冷卻塔的20-25%。可見應選擇溫降大而氣流阻力小的填料和噴濺范圍大而淋水均勻的噴濺裝置，可提高汽輪機微功而降低煤耗起到節能的目的。

無論是哪種填料，如果淋不到水，那么這一部分填料就不能起到冷卻作用。若填料是點滴式填料，空氣沒有淋水的填料區通過的量比有水區大，降低冷卻塔的效率是明顯的；對于薄膜式填料，空氣的重新分配不如點滴式填料明顯，但通過填料區的空氣沒有參與塔內的熱交換過程，塔的換熱效率也必然下降。對于自然通風冷卻塔的影響，除上述以外，還會降低冷卻踏的通風量。

填料都能淋到熱水，如果配水均勻性不好，存在重水區和輕水區，也會使冷卻塔的效率下降。有資料表明[3]，對于4000m2水塔的不均勻系數由0增加到0.2，水溫升高0.5℃；不均勻系數達到0.4，水溫升高1℃；不均勻系數達到0.7，水溫升高4℃。可見配水均勻性在冷卻塔中所起的作用只大。

循環冷卻水里存在膠球、泥沙、塑料填料碎片、草么、垢片、碎木、施工遺留物及少量的其他物質，水質加藥后對塔內鋼結構具有強烈的腐蝕性。

二、冷卻塔內配水系統普遍存在的問題分析

1．水塔配水設計上的問題

配水方式的選擇

大型水塔的配水方式主要分槽式配水和管式配水兩種。槽式配水空氣阻力大，運行不當水槽易出現溢水現象或無水部位，水槽的下部空氣流動也差，這些問題均影響空氣換熱效率；管式配水空氣阻力相對小，運行不會出現溢水現象卻易出現無水部位，水管下部空氣流動相對平穩，空氣換熱效率相對較好。

配水特性

90年代前均為槽式配水，有單豎井和多豎井之分，由于水槽分水造成水位差，嚴重影響淋水均勻性。90年代后采用管式配水的水塔，由于噴口尺寸選擇問題（全塔選擇一個噴口尺寸），可能造成淋水不均。

2．噴濺裝置選擇上的問題

噴濺裝置是將進入冷卻塔的熱水均勻地淋撒在填料的頂面上，淋水的均勻性對冷卻塔的冷卻效果影響極大。我國水塔使用的噴濺裝置由自行研制的反濺（Ⅰ、Ⅱ）Ⅲ型后又引進PT型，90年代又開發了旋流式噴濺裝置。不同的噴濺裝置具有不同的淋水效果，又普遍存在著以下可改進的缺點：

1） 噴濺成的水滴直徑大，冷卻面積小，冷卻效率低。

2） 整個淋水面上淋水密度均勻性差，存在無水區。

3） 冷卻水量在一定變化范圍時，噴濺特性出現明顯惡化。

4） 易堵塞，有污物時不容易清理。

5） 易掉頭，水柱損壞填料，嚴重破壞淋水均勻性。

90年代末研制使用的JNX節能旋轉式噴濺裝置，通過試驗及在多數不同大小的水塔上使用，具有通用噴濺裝置的所有優點，并且具有獨特的噴濺范圍大、淋水均勻性能好等特點，可降低水塔的淋水溫度，達到節能目的。

3．配水系統運行與維護上的問題

1）噴濺裝置問題

噴濺裝置運行中損壞造成柱式噴流；循環水內存在膠球、填料碎片及雜物等而堵塞噴嘴造成噴濺裝置無水而解除；

（1）噴濺裝置損壞

常見的噴濺裝置損壞現象有掉頭、脫落、老化斷裂等問題。

掉頭：反濺型噴濺裝置使用中經常出現濺水盤脫落（掉頭）現象，特別是在槽式配水維護中，捅堵管時造成掉頭，使冷卻塔效率急降。

脫落：對1m的水壓頭，噴濺裝置上部產生約3Kg的力，如果個件螺紋的連接不好，在熱變形的情況下，必定造成脫落現象。因此規定在安裝噴濺裝置時，對新舊螺紋配合處可采用膠粘和自功螺絲固定方式[4]。

老化斷裂：噴濺裝置使用壽命一般是制造的塑料件在水塔這種惡劣環境下的老化壽命，考核高溫（50℃）不變形，低溫（-40℃）不脆化，對ABS工程塑料使用可以達到12年。但是，有的廠家為了降低成本，使用其他塑料代替，幾年后出現老化斷裂現象。

（2）噴濺裝置堵塞

噴口堵塞是常見的現象，分原始堵塞和流動堵塞兩種，原始堵塞是配水系統安裝或檢修后水泥塊、垃圾等遺留物的堵塞；流動堵塞是運行中隨水流動物體造成的堵塞。流動堵塞物有膠球、塑料填料碎片、風吹進塔的雜草等軟輕物體、泥沙等等。

噴口堵塞與噴口直徑及水壓頭等因素有關，其中噴口直徑直觀重要，對膠球而言如果噴口直徑為φ18.5mm，凝汽器冷卻管內徑為φ26mm，其堵塞率為100%，如果選用直徑為φ27.5mm的噴口，其堵塞率為0；對其它雜物而言噴口直徑為φ18.5mm，其堵塞率為60%以上，直徑為φ27.5mm的噴口，其堵塞率為10%以下。噴口直徑的選擇與配水設計方式、噴濺裝置的淋水特性、噴濺高度等因素有關。淋水范圍較大的噴濺裝置，可以減少安裝數量而增大噴嘴口徑。

由于結構問題堵塞較嚴重的噴濺裝置有反濺型與多層流式兩種：反濺型噴濺裝置由于上下盤之間的間距小易被膠球幾其他異物堵塞；多層流式噴濺裝置的淋水狹縫及中心小孔易被泥沙、垢物、雜草、膠球等雜物堵塞。

（3）噴濺范圍小

不同的噴濺裝置，其噴濺范圍是不一樣的。噴濺范圍小，不利于交叉配水，將會出現輕、重水區域或無水區域，必定影響空氣換熱效率。

（4）淋水密度差

淋水密度差將會出現嚴重的輕、重水區域或無水區域。

（5）布置設計不合理

布置設計不合理是指配水槽之間或配水管之間距離不均等，造成配水不均；噴濺裝置標高誤差過大，造成泄流量不均勻。

（6）冷卻水壓頭超過變化范圍時噴濺特性出現明顯惡化

反濺型、多層流、HPX旋流型在高水位的情況下，水滴較大，輕重水區比較明顯；在較低的水位（200mm以下）下出現淌水現象，其噴濺特性出現明顯惡化。

2）配水槽問題

（1）淤泥堵塞

循環水太臟存在淤泥、草么等雜物造成配水槽堵塞，配水槽內水流速較慢的部位或出現雜泥堆積節流事必影響布水均勻性。在大小修或停塔運行中必須清理配水槽，以保證配水的合理性。

（2）配水槽老化損壞

運行年頭較長的配水槽，可能由于原始施工水泥標號不夠、運行中水質交差等問題，出現水泥風化而產生裂紋、掉渣出現缺口、甚至水槽斷裂,損壞部位必定影響布水的均勻性。

（3）運行方式問題

夏季水量太大而使水槽溢水而破壞淋水均勻性。冬季水量調整不當，造成水塔外圍缺水而結冰嚴重。

3）配水管問題

（1）配水管堵塞

循環冷卻水里雜物堵塞配水管，造成布水不均勻。

（2）配水管斷裂

配水管老化或吊架損壞斷裂，造成填料大量損壞。

（3）配水管不水平

配水管吊架損壞造成或吊架不合理，使配水管高低不平，嚴重影響配水的均勻性。

4）水量調整問題

三、NX節能旋轉式噴濺裝置的淋水原理與特點

1．噴濺淋水原理

圖所示，水在導水錐體表面流動時借助葉輪高出導水錐體之間狹縫下流，通過葉輪支撐筋旋轉而使水撞擊成不固定方向的水滴向下灑落，通過調整狹縫大小，就可以調整下落水量，使中間產生淋水區；大量的水通過導水錐體上翹的邊緣推動葉片旋轉，試驗表明旋轉速度與射流水速度成正向關系，水頭在600mm時在100—120轉/分之間。

2．噴濺淋水特點

1）．熱水推動濺水碟的勻速旋轉，產生大小而又不等的無規則上揚水滴，均勻地無固定軌跡地淋撒在填料上，在噴濺裝置與填料之間（濺落高度）產生相對大的換熱，同時實現使水與流通填料空氣的均勻親密接觸。

2）．噴濺成的水滴直徑小，所有小水滴的表面積和大，均勻地噴灑到填料上，空氣通過填料的冷卻面積大，冷卻效率高。

3）．單個噴濺裝置的噴濺范圍大，濺落高度在0.8m時噴濺半徑可達到1.5m；整個水塔淋水面上的淋水密度均勻（水均方差σ平均0.2以下），不出現無水區。

4）．冷卻水量在一定變化范圍時（0.1-1.5m水柱），噴灑無明顯惡化。在大負荷情況下，水量大、水頭高，噴濺范圍增大，淋水均勻性將會提高，多個噴頭的交叉作用的效果將會更好，使淋水填料的換熱面積得到*有效的利用。在低負荷情況下，為了節約用電，循環水量減少，水頭也將會降低，如果濺水碟上部噴嘴不出現抽空現象，水靠自由下落將會在導水錐體上仍會產生沖擊力，推動濺水碟旋轉，水流將繼續被噴濺出去，灑水效果將不會惡化。在*差的情況下或雜物卡住濺水碟不轉，水流將會通過Φ120mm的濺水碟葉片將水灑向四周，其噴濺范圍與均勻性也好于傳統的噴濺裝置。

5）．設計合理的噴口直徑，不易堵塞，有污物時容易清理；易于更換和檢修，堅固耐用，不掉頭；可根據不同的配水部位要求而采用不同的噴嘴（Φ22—Φ44），以保證配水穩定。

3．應用特點

1．JNX節能旋轉式噴濺裝置通過試驗及在多數水塔上使用，具有通用噴濺裝置的所有優點，并且具有獨特的噴濺范圍大、淋水均勻性能好等特點，在水塔上試驗證實了在同樣淋水密度、進水溫度與塔內風速的情況下，安裝JNX節能旋轉式噴濺裝置的半邊冷卻塔與安裝另半邊反射Ⅲ型噴濺裝置相比較，循環水進出口溫度降低達0.8℃。以一臺200MW機組為例，機組效率可提高約0.375%[摘自《中國電力》第35卷第3期80頁]。

2．JNX節能旋轉式噴濺裝置使用于大型水塔的槽式或管式配水系統，將會降低循環水溫度，可根據不同的配水部位要求而采用不同的噴嘴（Φ22—Φ44），以保證配水穩定，易于更換和檢修，堅固耐用，不掉頭。

在槽管式配水系統中，噴嘴出口處壓頭為620mm，噴嘴流速系數為0.92，水流到達濺水碟表面時速度為3.477m/s。根據試驗結果，從濺水碟射出的水滴粒徑很小，且能很好的分布，遠優于反射型噴濺裝置。