循环水蒸发量计算.pdf

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1、精心整理 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

2、? ? ? ? ? ? ? ? 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： 精心整理 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

3、统的水量平衡数学表达式为：PBu =P1+ P2+ P3 1? ? ? ? ? ? ? 公式 1 PBu ：补充水量占循环水量的百分率，%? ?P1 ：蒸发损失水量占循环水量的百分率，% P2：风吹损失占循环水量的百分率，%? ? P3：排污损失占循环水量的百分率，% 在以上平衡中通常P1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）；P2的大小取 0.1% （机组冷却塔中装有除水器时）； P3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

4、;?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 tQm 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，；Qm ：循环水量， T。 精心整理 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： BQm P2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 公式 4 DQm P3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 公式 5? 2

5、.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=（P1+ P2+ P3）/ （ P2+ P3）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.

6、0） 3.1.1 蒸发损失量的计算： ? ? 精心整理 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 tQm=0.142%9.5136000=486t/h 3.1.2 风吹损失量的计算： 由公式 4 可得：B= Qm P2 =36000 0.1%=36 t/h ? ? 由公式 6 可推导出： P3=P1+ P2（1- K）/ （ K-1 ）? ?代入可得： P3=0.575% 由公式 5 可得：D= Qm P3 =36000 0.575%=207 t/h 3.1.4

7、 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 环境温度（） ? ? ? ? 6? ? ? ? 11? ? ? ? 16? ? ? ? 21? ? ? ? 26? ? ? ? 31? ? ? ? 36 精心整理 循环水耗水量（ t/h ）? ? ? ? 575? ? ? ? 626? ? ? ? 678? ? ? ? 729? ? ? ?

8、781? ? ? ? 832? ? ? ? 883 ?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。 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 tQm=0.14%9.5

9、136000=479t/h 3.2.2 风吹损失量的计算： 精心整理 由公式 4 可得：B= Qm P2 =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： P3=P1+ P2（1- K ）/ （ K-1 ）代入可得： P3=0.57% 由公式 5 可得：D= Qm P3=36000 0 .57%=205 t/h 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：?

10、? ? ? ? ? 环境湿度变化对循环冷却塔耗水量的影响 环境湿度（ % ）? ? ? ? 46? ? ? ? 51? ? ? ? 56? ? ? ? 61? ? ? ? 66? ? ? ? 71? ? ? ? 76 循环水耗水量（ t/h ）? ? ? ? 761? ? ? ? 750? ? ? ? 739? ? ? ? 729? ? ? ? 720? ? ? ? 709? ? ? ? 698 图 2：? ? ? ? ? ? 环境湿度变化对循环冷却塔耗水量的影响 精心整理 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）

11、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 t =G Cp t 5 在机组出力变化时， G 、Cp 是不变的，而 将有所变化，但变化很小，在此认为不 变。 ? ? 因此，由上式可推出： t1/ t= D1/ D? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 公式 5 ? ?我们知道，汽轮机的排汽量变化与

12、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： t1=75% t=0.75 9.51=7.13 代入公式 3 可得： E=k tQm=0.142%7.1336000=364t/h 由公式 4 可得：B= Qm P2 =36000 0.1%=36 t/h 精心整理 ? ? 由公式 6 可推导出： P3=P1+ P2（1- K ）/ （K-1）? ?代入可得： P3=0.41% 由公式 5 可得：D= Qm P3=36000 0.41%=148t/h 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

13、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 机组负荷系数（ % ）? ? ? ? 50? ? ? ? 60? ? ? ? 75? ? ? ? 100 循环水耗水量（ t/h ）? ? ? ? 365? ? ? ? 438? ? ? ? 548? ? ? ? 729 ? ? 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

14、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 。 精心整理 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。 ，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 tQm=0.142%9.5136000=486t/h 由公式 4 可得：B= Qm P2 =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： P3=P1+ P2（1- K ）/ （ K-1 ）?代入可得： P3=0.44% 由公式 5

15、可得：D= Qm P3=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 浓缩倍率 ? ? ? ? 2.0? ? ? ? 2.5? ? ? ? 3.0? ? ? ? 3.5? ? ? ? 4.0? ? ? ? 4.5? ? ? ? 5.0 精心整理 循环水耗水量（ t/h ）? ? ? ?

16、972? ? ? ? 810? ? ? ? 729? ? ? ? 680? ? ? ? 648? ? ? ? 625? ? ? ? 608 图 4：? ? ? ? ?浓缩倍率变化对循环冷却塔耗水量的影响 4. 结论与建议： 4.1 环境温度变化对循环冷却水系统的耗水量影响近似为线性正比关系。环境温度每 变化 1，循环水耗水量则变化约10 t/h 。约相当于循环水量的0.028 个百分点。 4.2 环境湿度变化对循环冷却水系统的耗水量影响近近似为线性反比关系。环境湿度 每变化 1 个百分点，循环水耗水量则变化约2 t/h 。约相当于循环水量的0.0056 个 百分点。 4.3 机组出力变化对循环

17、冷却水系统的耗水量影响近似为线性正比关系。机组出力每 变化 1 个百分点，循环水耗水量则变化7.3 t/h。约相当于循环水量的0.02 个百分 点。该结论是依据发电机组推导得出的，对热电联产机组不适用。 建议： 1）在机组正常运行中，应重视汽机侧漏入疏水扩容器的疏水量。因为该 疏水量的增加相当于增加了凝汽器的热负荷，也即相当于机组出力是增加的。2）应 精心整理 重视冷却塔的日常维护工作，因为若冷却塔的冷却效果较差会引起冷却塔的出水温 度上升，这不但会增加其耗水量，同时还导致机组煤耗升高。 在 3.3 的计算中，若不忽略 的变化，则计算结果与忽略 变化相比，耗水 量将有所增加但增加幅度不会超过1

18、0% 。 4.4 浓缩倍率变化对循环冷却水系统的耗水量影响是一个反比关系，但不是直线关 系。 当机组循环水浓缩倍率升至4.0 以后时，浓缩倍率的变化对循环水耗水量的影响基 本上就已经比较小（循环水浓缩倍率每升高0.1，循环水耗水量则下降1.5 t/h）。 即：当浓缩倍率达到4.0 以后，再提高浓缩倍率其节水效果已不十分明显。 4.5 同类机组若安装的地理位置不同（主要是指年平均温度和湿度的影响）的话，其 循环冷却塔的耗水情况也是不同的。因此同类型机组在进行发电耗水率指标的比较 时应考虑这方面客观因素。 1、蒸发水量：E= ? t?R? ? ? ? ? ? ? ? 式中： E蒸发损失水量， m3

19、/h；? ? t 冷却水温差，； ? ? ? ? ? R循环水量， m3/h； 蒸发系数， 0.0016 ? ? 2 、排污水量 B 精心整理 ? ? 根据确定的浓缩倍数及物料平衡关系式可知： ? ? ? ? ? ? ? ?E? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B= ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?K1? ? ? ? ? ? ? 式中： B排污损失水量， m3/h； ? ? ? ? E蒸发损失水量， m3/h； ? ? ? ? K浓缩倍数。 ? ? 3 、补充水量 ? ? 循环冷却水系统在运行过程中补充所损失的水量。 ? ? ? ? ? ?M= E+B+W ? ? 式中： M 补充水量， m3/h； ? ? ? ? E蒸发水量， m3/h； ? ? ? ? B排污水量， m3/h； ? ? ? ? W 风吹损失及系统渗漏损失的水量，m3/h。