火电厂循环冷却塔耗水量影响因素分析

我国是一个水资源十分贫乏的国家，一些地区水资源已成为制约经济发展的主要因素之一，节约用水成了一个社会发展所必须面对的问题。火力发电厂是一个耗水大户，其中循环水冷却塔的耗水量约占整个电厂耗水量的60%以上。因此，冷却塔耗水量的变化对整个电厂耗水量有着较明显的影响。那么哪些因素影响冷却塔的耗水量，又是如何影响的呢？下面以一台300MW火电机组为实例具体分析一下其变化的内在规律，以期获得对火电厂节水工作有益的结论。

1.计算所需数据：（机组在300MW工况下）

冷却塔循环水量36000t/h 循环水温升 9.51℃

凝汽器循环水进水温度20℃ 空气湿度61%

循环冷却塔的端差5℃（端差为冷却塔循环水出水温度与大气湿球温度之差）

 循环水浓缩倍率3.0

2.影响冷却塔耗水量因素分析：

 火力发电厂循环水冷却系统运行中，维持系统正常稳定运行的关键是两个平衡，即：水量平衡和盐量平衡。二者相互联系，如果其中一个平衡变化，那么另一个平衡也会随之发生相应变化。

2.1循环水的水量平衡：

水量平衡过程是：机组运行过程中，对于敞开式循环冷却水系统来说，水的损失有蒸发损失、风吹损失、排污损失、漏泄损失（由于量较小，一般可略去不计）等，要维持水量平衡就需要同时对系统进行补水。

循环水系统的水量平衡数学表达式为：P Bu  =P 1 + P 2 + P 3  ［1］  公式1

P Bu ：补充水量占循环水量的百分率，% P 1 ：蒸发损失水量占循环水量的百分率，%

P 2 ：风吹损失占循环水量的百分率，% P 3 ：排污损失占循环水量的百分率，%

在以上平衡中通常P 1 所占的份额较大，而它的大小主要取决于凝汽器的热负荷，以及气候条件（主要是温度因素）；P 2 的大小取0.1%（机组冷却塔中装有除水器时）；P 3 的大小主要取决于循环水系统所能达到的浓缩倍率。

水量平衡的另一种数学表达式为： M=E+B+D  ［2］  　　 公式2

M：补充水量，t/h;  E：蒸发损失量 ，t/h; 　B：风吹损失量，t/h ; 的D：排污损失量，t/h

其中：自然通风冷却塔的蒸发损失计算公式为：

E=k×△t×Q m   ［2］      公式3

k：与环境大气温度有关的系数，%；△t：循环冷却水温升，℃ ；Q m ：循环水量，T。

若其它条件不变，仅冷却水量发生变化时，同一机组△t成反比变化，因而蒸发损失水

量则保持不变的。

由公式1和公式2可以推出：B＝Q m ×P 2 　  公式4

D＝Q m ×P 3 　 公式5

2.2循环水的盐量平衡：

循环水系统的盐量平衡过程是：机组在运行过程中，由于循环冷却系统中水的蒸发作用，循环水中的溶解盐类不断浓缩，因此就需要通过排污等方式降低溶解盐类。当循环冷却水系统中进入和失去的盐类达到平衡后可得：

K=（P 1 + P 2 + P 3 ）/（ P 2 + P 3 ） ［1］  公式6

由以上两个平衡过程的分析可以得出，影响循环水冷却塔耗水量的主要因素为： 环境温度，空气湿度，机组出力，浓缩倍率。

3.影响耗水量因素的定量分析：

3.1环境温度变化对冷却塔耗水量的影响：（取空气湿度61%，机组出力300MW，浓缩倍率K=3.0）

3.1.1 蒸发损失量的计算：   

当循环水进口温度为 20℃ 时，环境（大气）的湿球温度为20-5=15℃，查 文献[3]可得 ，大气的干球温度为21℃。 查文献[4]可得，k=0.142%。

代入公式3可得：E=k×△t×Q m =0.142%×9.51×36000=486t/h

3.1.2 风吹损失量的计算：

由公式4可得：B= Q m ×P 2  =36000×0.1%=36 t/h

3.1.3 排污损失量的计算：

 由公式6可推导出：P 3 =[P 1 + P 2 （1- K）]/（ K-1） 代入可得：P 3 =0.575%

由公式5可得：D= Q m ×P 3  =36000×0.575%=207 t/h

3.1.4耗水量情况：

 由公式2可得： M=E+B+D =486+36+207=729t/h

运用以上方法，我们可以很方便地计算出当环境温度为6℃、11℃、16℃、26℃、31℃、36℃时循环水冷却塔耗水量的变化情况（具体结果见表1和图1）

表1： 　 环境温度变化对循环冷却塔耗水量的影响

 图1： 环境温度变化对循环冷却塔耗水量的影响

3.2环境湿度变化对冷却塔耗水量的影响：（取循环水进水温度20 ℃，机组出力300MW，浓缩倍率K=3.0）

由3.1的计算结果可知，当环境湿度在61%时，冷却塔的耗水量为729t/h。下面我们来计算一下，当环境湿度为66%时，冷却塔的耗水情况。

3.2.1蒸发损失的计算：

 　 当环境湿度为66%时，取循环水进口温度为20℃，则大气的湿球温度为20-5=15℃，根据文献[3 ]可知，大气的干球温度为20℃。查文献[4]可得，k=0.14%，

代入公式3可得：E=k×△t×Q m =0.14%×9.51×36000=479t/h

3.2.2风吹损失量的计算：

由公式4可得：B= Q m ×P 2  =36000×0.1%=36 t/h

3.2.3排污损失量的计算：

 　 由公式6可推导出：P 3 =[P 1 + P 2 （1- K）]/（ K-1） 　 代入可得：P 3 =0.57%

由公式5可得：D= Q m ×P 3 =36000×0.57%=205 t/h

3.2.4耗水量情况：

 　 由公式2可得：M=E+B+D =479+36+205= 720t/h

运用以上方法，我们可以很方便地计算出当环境湿度为71%、76%、56%、51%、46%时循环水冷却塔耗水量的变化情况（具体结果见表2和图2）

表2： 环境湿度变化对循环冷却塔耗水量的影响

图2： 环境湿度变化对循环冷却塔耗水量的影响

3.3机组出力变化对循环冷却塔耗水量的影响：（取循环水进水温度为20℃，大气湿度为61%，浓缩倍率K=3.0）

由3.1的计算结果可知，当机组出力为100%时，循环冷却塔的耗水量为729 t/h。下面我们来计算一下，当机组出力为75%时，循环冷却塔的耗水量情况。

3.3.1蒸发损失的计算：

 由公式3可知，当机组出力变化时，△t将会随之而改变。哪么如何变化的呢？

 由文献[5]可知，凝汽器的传热方程数学表达式为：D×γ×△t =G×C p ×△t  ［5］ 在机组出力变化时，G、C p  是不变的，而γ将有所变化，但变化很小，在此认为不变。

 因此，由上式可推出：△t 1 /△t= D 1 / D 公式5

 我们知道，汽轮机的排汽量变化与机组出力变化基本是成正比的，因此，当机组出力由100%降至75%时，由公式5可得：△t 1 =75%△t=0.75×9.51=7.13℃

代入公式3可得： E=k×△t×Q m =0.142%×7.13×36000=364t/h

3.3.2风吹损失量的计算：

由公式4可得：B= Q m ×P 2  =36000×0.1%=36 t/h

3.3.3排污损失量的计算：

 由公式6可推导出：P 3 =[P 1 + P 2 （1- K）]/（K-1） 代入可得：P 3 =0.41%

由公式5可得：D= Q m ×P 3 =36000×0.41%=148t/h

3.3.4耗水量情况：

由公式2可得： M=E+B+D =364+36+148=548t/h

运用以上方法，我们可以很方便地计算出当机组出力在60%、50%时循环冷却塔的耗水量变化情况（具体结果见表3和图3）

表3： 机组出力变化对循环冷却塔耗水量的影响

图3： 机组出力变化对循环冷却塔耗水量的影响

3.4浓缩倍率变化对循环冷却塔耗水量的影响：（取机组出力300MW，循环水进口温度为20℃，大气湿度为61%）

由3.1的计算结果可知，当循环水浓缩倍率为K=3.0时，循环冷却塔的耗水量为729 t/h。

下面我们来计算一下，当浓缩倍率K=3.5时，循环冷却塔耗水量的大小。

3.4.1取循环水进口温度为20℃，则大气的湿球温度为20-5=15℃，查文献[ 3]可得，大气的干球温度为21℃。查文献[4 ]可得，k=0.142%，

代入公式3可得：E=k×△t×Q m =0.142%×9.51×36000=486t/h

3.4.2风吹损失量的计算：

由公式4可得：B= Q m ×P 2  =36000×0.1%=36 t/h

3.4.3排污损失量的计算：

 由公式6可推导出：P 3 =[P 1 + P 2 （1- K）]/（ K-1） 代入可得：P 3 =0.44%

由公式5可得：D= Q m ×P 3 =36000×0.44%=158 t/h

3.4.4耗水量情况：

 　 由公式2可得：M=E+B+D=486+36+158=680t/h

运用以上方法，我们可以很方便地计算出当环境温度为4.0、4.5、5.0、2.5、2.0时循环水冷却塔耗水量的变化情况（具体结果见表4和图4）

表4： 浓缩倍率变化对循环冷却塔耗水量的影响