黃源金，薛青童，金麗華

(上海華電奉賢熱電有限公司，上海 201403)

火力發(fā)電廠是工業(yè)用水的大戶，節(jié)約用水迫在眉睫。濕式冷卻塔出口處的空氣為近飽和濕空氣，其露點(diǎn)溫度比環(huán)境空氣溫度高，容易在冷卻塔出口處形成羽霧現(xiàn)象。從某種程度上來說，冷卻塔羽霧污染會加重城市霧霾天氣，為打造綠色環(huán)保電廠，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用除霧技術(shù)。

奉賢熱電廠采用兩套西門子SGT5-4000F(4+)級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，裝機(jī)容量2×430 MW，是上海市主力調(diào)峰機(jī)組。機(jī)組采用大型綠色環(huán)保冷卻塔，在具有循環(huán)水冷卻功能的同時(shí)，還具備除霧、節(jié)水的環(huán)保功能。兩套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組共配置有14座機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，并且為了彌補(bǔ)除霧運(yùn)行狀態(tài)時(shí)循環(huán)水泵出力不足，配備一套抽真空系統(tǒng)。

1 冷卻水塔除霧技術(shù)介紹

霧的形成需要兩個(gè)條件:其一是空氣中水蒸氣含量充沛；其二是遇冷。冷卻塔出口處空氣中水蒸氣含量高(接近飽和)且露點(diǎn)溫度高于環(huán)境溫度，因此空氣中的水蒸氣很容易凝結(jié)形成羽霧，除霧節(jié)水原理圖中(見圖1)連線AB所示，外界的環(huán)境空氣狀態(tài)點(diǎn)為A，出填料的飽和濕熱空氣狀態(tài)點(diǎn)為B，常規(guī)的冷卻塔中，A-B的連線為出填料的飽和濕熱空氣與外界干冷空氣的狀態(tài)線，該連接線在飽和焓濕圖的上方，故而產(chǎn)生大量的羽霧。要想減少或消除羽霧，需要降低出填料飽和濕熱空氣的溫度和含濕量，使得降低溫度和含濕量后的狀態(tài)點(diǎn)與外界環(huán)境空氣的狀態(tài)點(diǎn)的連線在飽和焓濕圖的下方即可?；谠摾碚?，在常規(guī)塔上部安裝換熱介質(zhì)，將外界環(huán)境的干冷空氣與進(jìn)塔熱水進(jìn)行換熱，并將換熱后的環(huán)境空氣引入塔內(nèi)，換熱后的環(huán)境干冷空氣狀態(tài)點(diǎn)由A點(diǎn)變到A’點(diǎn)，然后與出填料的飽和濕熱空氣混合，混合后的狀態(tài)點(diǎn)為C點(diǎn)(相對B點(diǎn)，溫度和含濕量均下降)，那么混合后的空氣與環(huán)境干冷空氣狀態(tài)點(diǎn)A點(diǎn)的連線A-C，在飽和焓濕圖的下方，即風(fēng)筒出口無羽霧產(chǎn)生。

同時(shí)，由于加入換熱器后，進(jìn)水先經(jīng)過換熱器進(jìn)行預(yù)冷，減少了填料段的進(jìn)水熱負(fù)荷，即減少了冷卻塔的蒸發(fā)損失量，也起到了節(jié)水的作用。

圖1 除霧節(jié)水原理圖

2 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)切換

針對不同季節(jié)和工況，通過調(diào)節(jié)不除霧節(jié)水管路閥門和除霧節(jié)水管路閥門來實(shí)現(xiàn)不除霧節(jié)水和除霧節(jié)水的切換，控制靈活(見圖2)。

考慮到夏季氣溫偏高，平均氣溫在30℃以上，與冷卻塔出口處的空氣露點(diǎn)溫度相差不大，故采取不除霧運(yùn)行方式。具體閥門操作為：開不除霧回水門，關(guān)除霧回水門。

而冬季氣溫偏低，平均氣溫10℃以下，空氣干冷，含濕量低，冷卻塔出口處的空氣為近飽和濕空氣，其露點(diǎn)溫度比環(huán)境空氣溫度高，故在冷卻塔出口處易出現(xiàn)大量羽霧，所以采用除霧運(yùn)行方式。具體閥門操作為：開除霧回水門，關(guān)不除霧回水門，同時(shí)因?yàn)檠h(huán)水泵出力不足，需啟動抽真空系統(tǒng)，通過虹吸效應(yīng)以彌補(bǔ)循環(huán)水泵出力不足(見圖3)。

圖2 機(jī)力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖

圖3 除霧冷卻塔抽真空系統(tǒng)圖

3 存在的問題

(1)真空系統(tǒng)中的水環(huán)式真空泵在運(yùn)行一段時(shí)間后開關(guān)頻繁跳閘。系統(tǒng)真空下降，循環(huán)水虹吸被破壞，循環(huán)水回水困難，導(dǎo)致汽機(jī)真空下降，威脅機(jī)組安全。

(2)除霧/不除霧閥門只能在控制柜內(nèi)就地操作，運(yùn)行人員無法在DCS(集散控制系統(tǒng))遠(yuǎn)方操作。發(fā)生緊急情況時(shí)，不利于事故處理。

(3)個(gè)別緩沖罐氣動閥頻繁動作，拉低整個(gè)真空系統(tǒng)的真空度。當(dāng)多個(gè)氣動閥同時(shí)開啟時(shí)，真空系統(tǒng)被破壞，導(dǎo)致循環(huán)水中斷，威脅機(jī)組安全。頻繁動作也大大縮短了氣動電磁閥的使用壽命。

(4)在真空系統(tǒng)被破壞時(shí)，系統(tǒng)不能自動將除霧冷卻塔切回到不除霧運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致虹吸破壞，循環(huán)水中斷，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

4 原因分析

真空系統(tǒng)真空罐和放水罐安置圖(見圖4)顯示，正常運(yùn)行時(shí)，真空罐放水門及真空罐溢流門開啟，放水罐放氣門及放水罐放水門關(guān)閉，在真空系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，放水罐的液位上升至高液位。此時(shí)真空罐放水門及真空罐溢流門關(guān)閉，放水罐放氣門及放水罐放水門開啟，將放水罐內(nèi)的水放出，延時(shí)n秒后，關(guān)閉放水罐放氣門及放水罐放水門，開啟真空罐放水門及真空罐溢流門。

由于放水罐容積過小，短時(shí)間內(nèi)放水罐的水位就會上升至動作水位，導(dǎo)致幾個(gè)閥門頻繁動作，在機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行后，真空罐放水門卡澀無法動作，真空罐液位上升，水環(huán)式真空泵帶大量水運(yùn)行，導(dǎo)致真空泵斷路器過負(fù)荷跳閘。

圖4 真空系統(tǒng)真空罐和放水罐

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行的工況，在機(jī)組啟動前到就地投入除霧系統(tǒng)，之后不需頻繁切換運(yùn)行狀態(tài)。但實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)有遠(yuǎn)程操作的必要。

(2)緩沖罐氣動閥只依據(jù)緩沖罐液位信號以判斷是否開關(guān)，可靠性不足，緩沖罐液位稍有波動，即有可能觸動液位信號，開啟緩沖罐氣動閥。

(3)系統(tǒng)邏輯的設(shè)計(jì)對象，是針對循環(huán)水泵出力充足的情況，若在除霧運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)組的循泵出力不足，繼續(xù)使用除霧回水門會導(dǎo)致循環(huán)水中斷，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

5 處理措施

(1)重新計(jì)算放水罐儲水速度，通過更科學(xué)的計(jì)算分析，更換合適的放水罐，避免相關(guān)氣動閥頻繁動作，除霧系統(tǒng)工作穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。

(2)增加通信卡件，修改邏輯。在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，增加一塊西門子公司的通信卡件，以用于和機(jī)組控制系統(tǒng)的通信控制。增加遠(yuǎn)程操控邏輯，使得遠(yuǎn)程控制功能得以實(shí)現(xiàn)(見圖5)。

(3)每個(gè)緩沖罐在原有液位信號基礎(chǔ)上均增加一個(gè)真空度信號，只有在緩沖罐液位低于設(shè)定值，同時(shí)真空度也低于設(shè)定值，才會開啟緩沖罐氣動閥。通過改造，緩沖罐的氣動閥基本不再誤動，除霧系統(tǒng)真空能維持穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)增加機(jī)組保護(hù)邏輯。在真空系統(tǒng)真空度低于保護(hù)定值且持續(xù)降低，系統(tǒng)報(bào)警并自動開啟不除霧回水門，關(guān)閉除霧回水門，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 增加遠(yuǎn)程操作后的邏輯圖

6 結(jié)語

冷卻塔除霧系統(tǒng)作為一項(xiàng)新的節(jié)水環(huán)保技術(shù)，將大規(guī)模應(yīng)用于相關(guān)冷卻塔。關(guān)于冷卻塔除霧系統(tǒng)，本文提出了部分威脅機(jī)組安全的問題，并提供了解決思路和方案，能有效提高除霧冷卻塔的工作效率和可靠性，方案可廣泛運(yùn)用于各大火力發(fā)電廠及自備熱電廠等企業(yè)。當(dāng)然，也應(yīng)根據(jù)各電廠實(shí)際情況，具體問題具體分析。