LYWS冷却塔优化改造节能技术
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一、技术背景
21世纪是人类社会空前发展的时代,也是全球水资源供求矛盾空前尖锐的时代。因此,缺水将是本世纪经济可持续发展的重要制约条件。火力发电厂作为工业耗水大户,对水的消费是可观的。发电厂需要大量的冷却水,其供水系统主要有直流供水和循环供水两大类。但随着用水的紧缺和节约用水政策的实施,循环供水已经成为大部分火力发电厂的供水方式,循环水的冷却方式可分为冷却塔冷却和冷池冷却，对于采用循环冷却的火电厂来说，循环冷却水的消耗量占电厂总消耗水量的比例很大，约为电厂总耗水量的70％，对电厂的节水起着决定的作用。通常状况下，火力发电厂冷却塔的循环水因蒸发原因损耗总水量的1.2％-1.6％，风吹损耗小于0.5％，排污损耗为1％左右。也就是说，因蒸发原因所消耗的水量占电厂总消耗水量的30％－55％，对火电厂的大型自然循环冷却塔而言冬天潜热占50%左右，而夏天潜热则占70%以上。这种换热方式导致了大量的蒸发水量损失。然而淡水资源短缺是当前世界面临的重要问题。火电企业是耗水大户，目前普遍采用的常规湿冷系统的冷却塔在冷却循环水的同时通过蒸发向环境排出大量的水分，以300MW机组为例，每年通过冷却塔消耗的淡水量在500万吨左右。
二、火力发电厂冷却塔蒸发水损耗
由于冷却塔的工作原理致使大量的水被蒸发，损失相当大。按照冷却塔理论设计的蒸发损失率占总循环水量的百分数计算，三天时间即可将循环量蒸发掉。如每小时冷却水的总循环量为10万立方米，蒸发损失率为总循环水量的1.5%。则在三天的循环冷却过程中即可把10万立方米的水蒸发逸尽。可想而知，冷却塔水蒸发的损失有多大。
三、目前火力发电厂冷却塔节水现状
火力发电厂循环水冷却节水的主要措施是选用高效率的冷却塔以降低水温，应用先进的水质稳定处理技术保证水质和采用科学的管理方法以提高设备效率。但是，循环冷却水由于蒸发、风吹、排污等原因损耗很大，是火力发电厂水耗居高不下的主要原因。降低上述损耗的难度较大。目前的火力发电厂的节水都是针对风吹损耗和排污损耗做的工作。对于风吹损耗，一般采用加装高效收水器等措施来减少风吹损耗的；对于排污损耗，一般通过提高循环冷却水的浓缩倍率来减少排污损耗。尽管在国家政策的鼓励下，各种节水方案不断出现，但对于火力发电厂循环冷却水处理，仍然局限在风吹和排污的研究开发，尤其是在提高循环冷却水浓缩倍率方面。而对于蒸发水耗，由于技术方面和认识方面的原因，从来没有引起人们的重视,尚未找到解决的方法，从而导致火力发电厂的蒸发水白白地损耗掉。据国家电力部门的用水报告，全国火力发电厂由于蒸发原因损耗水量约为20亿m3。可见蒸发水损耗的浪费是惊人的。
四、冷却塔优化节能改造
1、改造方案
对冷却塔填料和冷凝水密度进行优化配置；
（1）填料选用目前先进的传热效率高的聚氯乙烯塑料制成的S波形填料；
（2）喷头采用TP-2型反射喷头，喷头数量和喷嘴直径取决于淋水密度；
（3）填料高度布置：在不同的半径上采用不同的填料高度，高度的确定采用数值分析和经验数据相结合的方式。
（4）淋水密度选择：不同半径上采用不同的淋水密度。如在0-12米圆形内，选择密度为1.6kg/m2·S；在12-24米圆环内，选择密度2.2kg/m2·S；在24-34米圆环内选择密度kg/m2·S。
2、改造效果
该项目目前已在300MW、600MW、1000MW机组冷却塔应用，改造后循环冷却水温下降了约2~3℃，这和供电煤耗下降预计约2.0-3.0g/KW·h。
五、LYWS冷却塔优化改造节能技术
六、预期带来的经济效益
众所周知，冷却塔在火力发电厂循环水供应系统中是不可分割的工艺设备，基本设备的经济指标在很大程度上取决于设计和运行的冷却设备。在其他同等条件下，夏季冷却塔冷却水温度每增加1℃，煤耗平均增加1-2g/kwh。采用LYWS冷却塔优化节能改造新技术，对冷却塔进行改造，投资只有通流部分改造的十分之一左右，将会给发电企业带来较高的直接经济效益。在通常情况下，循环水的温度每降低1℃，可使机组真空提高400Pa-500Pa。使机组发电煤耗下降1.0-1.5克/千瓦时。经初步调查和计算在原有的标准的冷却塔上采用LYWS冷却塔优化节能改造新技术后，一般可使循环水温度降低2-3℃以上。可使机组发电煤耗下降2.0-3.0克/千瓦时.于300MW机组和600MW机组低压通流部分改造后所取得的经济效益基本相当。但投资确远小于上述机组通流部分改造的投资，一般仅为上述机组通流部分改造投资的十分之一左右。
七、经济效益对比
机组容量 | 200MW | 300MW | 600MW | 1000MW | ||||
循环水温降低值 | 最低1.3℃ | 最高4℃ | 最低1.3℃ | 最高4℃ | 最低1.3℃ | 最高4℃ | 最低1.3℃ | 最高4℃ |
年可节省标煤 | 2800吨 | 8640吨 | 3980吨 | 12250吨 | 7488吨 | 23000吨 | 15000吨 | 42000吨 |
年节煤效益 | 280万元 | 864万元 | 398万元 | 1225万元 | 748.8万元 | 2300万元 | 1500万元 | 4200万元 |
其它经济效益 | 由于冷却塔的效率可提高9%-35%，使得喷溅装置和淋水装置的热负荷降低，增加了他们的使用寿命，延长了更换周期，减少了维护成本和工人工作量，可获得巨大的社会效益和环保效益。降低蒸发损耗、大量节约水资源节水率50%以上。 | |||||||
八、技术展望
LYWS冷却塔优化节能改造新技术开辟了提高冷却塔换热效率的新途径，能够使循环水温度平均下降2-3℃以上，在南方较热的地区，循环水温度可下降更多，年平均气温越高的地区，效果越明显，同时经济效益也更加显著。投资仅仅为汽轮机通流部分改造的十分之一左右。提高发电机组效率的技术手段已经广泛采用，如通流改造等，要想进一步提高效率，需要在其他方面进行探索；特别是随着全球变暖，凝气器真空度影响机组效率问题将日益突出，具有普遍性。通过降低循环冷却水温度提高真空进行提高机组效率方面，本技术具有独到优势，同时具有节约水资源、无需维护、投资回收周期短、平均气温越高的地区，效果越为明显等特点。是一项火力发电机组技能降耗、降低发电成本的高新技术项目，必将在电力系统得到广泛的应用。
