怎样提高冷却塔配水均匀性

提高冷却塔配水均匀性的探讨

郑州冷却塔的配水系统是将进入冷却塔的热水均匀地淋撒在填料的顶面上，而淋水的均匀性对冷却塔的冷却效果影响非常大。

试验证明：冷却塔内填料所产生的温降达整个冷却塔的60-70%[1]；喷溅装置配水而产生淋水层的温降达整个冷却塔的5-15%[2]；填料下雨区的温降达整个冷却塔的20-25%。可见应选择温降大而气流阻力小的填料和喷溅范围大而淋水均匀的喷溅装置，可提高汽轮机微功而降低煤耗起到节能的目的。

无论是哪种填料，如果淋不到水，那么这一部分填料就不能起到冷却作用。若填料是点滴式填料，空气没有淋水的填料区通过的量比有水区大，降低冷却塔的效率是明显的；对于薄膜式填料，空气的重新分配不如点滴式填料明显，但通过填料区的空气没有参与塔内的热交换过程，塔的换热效率也必然下降。对于自然通风冷却塔的影响，除上述以外，还会降低冷却踏的通风量。

填料都能淋到热水，如果配水均匀性不好，存在重水区和轻水区，也会使冷却塔的效率下降。有资料表明[3]，对于4000m2水塔的不均匀系数由0增加到0.2，水温升高0.5℃；不均匀系数达到0.4，水温升高1℃；不均匀系数达到0.7，水温升高4℃。可见配水均匀性在冷却塔中所起的作用只大。

循环冷却水里存在胶球、泥沙、塑料填料碎片、草么、垢片、碎木、施工遗留物及少量的其他物质，水质加药后对塔内钢结构具有强烈的腐蚀性。

二、冷却塔内配水系统普遍存在的问题分析

1．水塔配水设计上的问题

配水方式的选择

大型水塔的配水方式主要分槽式配水和管式配水两种。槽式配水空气阻力大，运行不当水槽易出现溢水现象或无水部位，水槽的下部空气流动也差，这些问题均影响空气换热效率；管式配水空气阻力相对小，运行不会出现溢水现象却易出现无水部位，水管下部空气流动相对平稳，空气换热效率相对较好。

配水特性

90年代前均为槽式配水，有单竖井和多竖井之分，由于水槽分水造成水位差，严重影响淋水均匀性。90年代后采用管式配水的水塔，由于喷口尺寸选择问题（全塔选择一个喷口尺寸），可能造成淋水不均。

2．喷溅装置选择上的问题

喷溅装置是将进入冷却塔的热水均匀地淋撒在填料的顶面上，淋水的均匀性对冷却塔的冷却效果影响极大。我国水塔使用的喷溅装置由自行研制的反溅（Ⅰ、Ⅱ）Ⅲ型后又引进PT型，90年代又开发了旋流式喷溅装置。不同的喷溅装置具有不同的淋水效果，又普遍存在着以下可改进的缺点：

1） 喷溅成的水滴直径大，冷却面积小，冷却效率低。

2） 整个淋水面上淋水密度均匀性差，存在无水区。

3） 冷却水量在一定变化范围时，喷溅特性出现明显恶化。

4） 易堵塞，有污物时不容易清理。

5） 易掉头，水柱损坏填料，严重破坏淋水均匀性。

90年代末研制使用的JNX节能旋转式喷溅装置，通过试验及在多数不同大小的水塔上使用，具有通用喷溅装置的所有优点，并且具有独特的喷溅范围大、淋水均匀性能好等特点，可降低水塔的淋水温度，达到节能目的。

3．配水系统运行与维护上的问题

1）喷溅装置问题

喷溅装置运行中损坏造成柱式喷流；循环水内存在胶球、填料碎片及杂物等而堵塞喷嘴造成喷溅装置无水而解除；

（1）喷溅装置损坏

常见的喷溅装置损坏现象有掉头、脱落、老化断裂等问题。

掉头：反溅型喷溅装置使用中经常出现溅水盘脱落（掉头）现象，特别是在槽式配水维护中，捅堵管时造成掉头，使冷却塔效率急降。

脱落：对1m的水压头，喷溅装置上部产生约3Kg的力，如果个件螺纹的连接不好，在热变形的情况下，必定造成脱落现象。因此规定在安装喷溅装置时，对新旧螺纹配合处可采用胶粘和自功螺丝固定方式[4]。

老化断裂：喷溅装置使用寿命一般是制造的塑料件在水塔这种恶劣环境下的老化寿命，考核高温（50℃）不变形，低温（-40℃）不脆化，对ABS工程塑料使用可以达到12年。但是，有的厂家为了降低成本，使用其他塑料代替，几年后出现老化断裂现象。

（2）喷溅装置堵塞

喷口堵塞是常见的现象，分原始堵塞和流动堵塞两种，原始堵塞是配水系统安装或检修后水泥块、垃圾等遗留物的堵塞；流动堵塞是运行中随水流动物体造成的堵塞。流动堵塞物有胶球、塑料填料碎片、风吹进塔的杂草等软轻物体、泥沙等等。

喷口堵塞与喷口直径及水压头等因素有关，其中喷口直径直观重要，对胶球而言如果喷口直径为φ18.5mm，凝汽器冷却管内径为φ26mm，其堵塞率为100%，如果选用直径为φ27.5mm的喷口，其堵塞率为0；对其它杂物而言喷口直径为φ18.5mm，其堵塞率为60%以上，直径为φ27.5mm的喷口，其堵塞率为10%以下。喷口直径的选择与配水设计方式、喷溅装置的淋水特性、喷溅高度等因素有关。淋水范围较大的喷溅装置，可以减少安装数量而增大喷嘴口径。

由于结构问题堵塞较严重的喷溅装置有反溅型与多层流式两种：反溅型喷溅装置由于上下盘之间的间距小易被胶球几其他异物堵塞；多层流式喷溅装置的淋水狭缝及中心小孔易被泥沙、垢物、杂草、胶球等杂物堵塞。

（3）喷溅范围小

不同的喷溅装置，其喷溅范围是不一样的。喷溅范围小，不利于交叉配水，将会出现轻、重水区域或无水区域，必定影响空气换热效率。

（4）淋水密度差

淋水密度差将会出现严重的轻、重水区域或无水区域。

（5）布置设计不合理

布置设计不合理是指配水槽之间或配水管之间距离不均等，造成配水不均；喷溅装置标高误差过大，造成泄流量不均匀。

（6）冷却水压头超过变化范围时喷溅特性出现明显恶化

反溅型、多层流、HPX旋流型在高水位的情况下，水滴较大，轻重水区比较明显；在较低的水位（200mm以下）下出现淌水现象，其喷溅特性出现明显恶化。

2）配水槽问题

（1）淤泥堵塞

循环水太脏存在淤泥、草么等杂物造成配水槽堵塞，配水槽内水流速较慢的部位或出现杂泥堆积节流事必影响布水均匀性。在大小修或停塔运行中必须清理配水槽，以保证配水的合理性。

（2）配水槽老化损坏

运行年头较长的配水槽，可能由于原始施工水泥标号不够、运行中水质交差等问题，出现水泥风化而产生裂纹、掉渣出现缺口、甚至水槽断裂,损坏部位必定影响布水的均匀性。

（3）运行方式问题

夏季水量太大而使水槽溢水而破坏淋水均匀性。冬季水量调整不当，造成水塔外围缺水而结冰严重。

3）配水管问题

（1）配水管堵塞

循环冷却水里杂物堵塞配水管，造成布水不均匀。

（2）配水管断裂

配水管老化或吊架损坏断裂，造成填料大量损坏。

（3）配水管不水平

配水管吊架损坏造成或吊架不合理，使配水管高低不平，严重影响配水的均匀性。

4）水量调整问题

三、NX节能旋转式喷溅装置的淋水原理与特点

1．喷溅淋水原理

图所示，水在导水锥体表面流动时借助叶轮高出导水锥体之间狭缝下流，通过叶轮支撑筋旋转而使水撞击成不固定方向的水滴向下洒落，通过调整狭缝大小，就可以调整下落水量，使中间产生淋水区；大量的水通过导水锥体上翘的边缘推动叶片旋转，试验表明旋转速度与射流水速度成正向关系，水头在600mm时在100—120转/分之间。

2．喷溅淋水特点

1）．热水推动溅水碟的匀速旋转，产生大小而又不等的无规则上扬水滴，均匀地无固定轨迹地淋撒在填料上，在喷溅装置与填料之间（溅落高度）产生相对大的换热，同时实现使水与流通填料空气的均匀亲密接触。

2）．喷溅成的水滴直径小，所有小水滴的表面积和大，均匀地喷洒到填料上，空气通过填料的冷却面积大，冷却效率高。

3）．单个喷溅装置的喷溅范围大，溅落高度在0.8m时喷溅半径可达到1.5m；整个水塔淋水面上的淋水密度均匀（水均方差σ平均0.2以下），不出现无水区。

4）．冷却水量在一定变化范围时（0.1-1.5m水柱），喷洒无明显恶化。在大负荷情况下，水量大、水头高，喷溅范围增大，淋水均匀性将会提高，多个喷头的交叉作用的效果将会更好，使淋水填料的换热面积得到*有效的利用。在低负荷情况下，为了节约用电，循环水量减少，水头也将会降低，如果溅水碟上部喷嘴不出现抽空现象，水靠自由下落将会在导水锥体上仍会产生冲击力，推动溅水碟旋转，水流将继续被喷溅出去，洒水效果将不会恶化。在*差的情况下或杂物卡住溅水碟不转，水流将会通过Φ120mm的溅水碟叶片将水洒向四周，其喷溅范围与均匀性也好于传统的喷溅装置。

5）．设计合理的喷口直径，不易堵塞，有污物时容易清理；易于更换和检修，坚固耐用，不掉头；可根据不同的配水部位要求而采用不同的喷嘴（Φ22—Φ44），以保证配水稳定。

3．应用特点

1．JNX节能旋转式喷溅装置通过试验及在多数水塔上使用，具有通用喷溅装置的所有优点，并且具有独特的喷溅范围大、淋水均匀性能好等特点，在水塔上试验证实了在同样淋水密度、进水温度与塔内风速的情况下，安装JNX节能旋转式喷溅装置的半边冷却塔与安装另半边反射Ⅲ型喷溅装置相比较，循环水进出口温度降低达0.8℃。以一台200MW机组为例，机组效率可提高约0.375%[摘自《中国电力》第35卷第3期80页]。

2．JNX节能旋转式喷溅装置使用于大型水塔的槽式或管式配水系统，将会降低循环水温度，可根据不同的配水部位要求而采用不同的喷嘴（Φ22—Φ44），以保证配水稳定，易于更换和检修，坚固耐用，不掉头。

在槽管式配水系统中，喷嘴出口处压头为620mm，喷嘴流速系数为0.92，水流到达溅水碟表面时速度为3.477m/s。根据试验结果，从溅水碟射出的水滴粒径很小，且能很好的分布，远优于反射型喷溅装置。