逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置.pdf

一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，均匀布置在冷却塔进风圆周外相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处，其重点改进在于：进风导流板的布置间距，以及导流板主体及与导流板主体活动连接的挡风叶片。进风导流板布置圆形间距为5～50米，其中以6～12米为最优，该导流板主体的侧面上连接有上下依次设置的2～4个挡风叶片，导流板主体的单侧或者双侧均可设置挡风叶片。采用本发明装置能够显著提高冷却塔进风均匀性，改善冷却塔的冷却性能，降低循环水出塔温度，提高机组运行经济性；在冬季可防止冷却塔结冰，替代传统的挡风板。

权利要求书
1.  逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，均匀布置在冷却塔进风圆周外相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处，其特征在于：包含导流板主体及与导流板主体活动连接的挡风叶片。

2.  如权利要求1所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：进风导流板布置在进风圆周外相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处，与进风口平面的安装距离在0～500mm。导流板圆周间距为5～50米，其中以6～12米为最优。

3.  如权利要求1所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该导流板主体为矩形、菱形或梯形，高度与冷却塔进风口高度比值为1:2～1:1。

4.  如权利要求1所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：导流板主体的单侧或双侧均可设置挡风叶片。

5.  如权利要求4所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该导流板主体的侧面上连接有上下依次设置的2～4个挡风叶片。

6.  如权利要求5所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该导流板主体上开设有窗口，挡风叶片活动安装于窗口内。

7.  如权利要求6所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该挡风叶片通过转轴活动安装于导流板主体的窗口内，该挡风叶片与导流板主体之间形成的旋转角度大于等于0度小于等于120度。

8.  如权利要求7所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该挡风叶片通过电动旋转机构或手动旋转 机构驱动。

9.  如权利要求8所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该导流板主体与挡风叶片为玻璃钢、铝板或钢板材质，内部设置钢骨架结构。

10.  如权利要求9所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该挡风叶片为矩形叶片。

11.  如权利要求10所述的逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，其特征在于：该挡风叶片的叶片长度2000～4000mm。

说明书逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置
技术领域
本发明涉及一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化设施。该装置通过在冷却塔底部进风口圆周外安装一定数量的进风导流及防冻挡风一体化装置，对进风流场均匀程度及进塔风量大小进行控制和优化。本发明可有效提高机组运行的经济性和安全性，降低冷却塔出水温度约1℃，并可有效预防冬季冷却塔冰冻。本发明属于逆流式自然通风冷却塔均匀配风冷却性能优化领域，尤其针对火电厂和核电厂大型自然通风冷却塔。
背景技术
逆流式自然通风冷却塔是电力系统广泛使用的冷却设备，作为电厂热力循环中的重要辅助设备，冷却塔优良的热力性能是保证汽轮机具有较高的热效率、安全运行及满负荷发电的前提条件，冷却塔的热力性能直接关系到电厂的经济效益。目前国内冷却塔效率普遍处于一个较低的水平，由于冷却塔经常在偏离设计条件的环境下工作，出塔水温高于设计值。冷却塔效率降低、冷却效果变差，会使进入凝汽器的冷却水温度升高，降低凝汽器的真空和冷却效果，进而导致汽轮机排汽压力和温度升高，增加机组的发电煤耗，最终导致机组出力降低，经济性变差。文献指出，对于300MW机组，冷却塔出塔水温升高1℃，循环热效率会降低0.23％，机组煤耗率将增加0.798％，热耗率将增加23.39kJ/kWh，年煤耗量将增加1676t，若按照每吨标煤800元计，运行费用每年增加约134万元。
冷却塔的热力性能受多方面因素的影响，如环境气象参数、冷却塔设计参数、机组运行负荷等。调查发现国内外发电厂大多重视冷却塔水侧性能的改善，包括改变填料、配水型式、喷嘴结构、喷嘴布置方式等，冷却塔改造很少涉及到气侧流场。研究发现，自然风对冷却 塔的冷却效果有较大影响。自然风是一个随机变量，自然风对冷却塔的影响非常复杂，和冷却塔的类型、形状、负荷大小等因素有关。
自然风环境下，影响冷却塔传热传质性能的主要因素是塔内通风量以及风速在填料区分布的均匀性，而通风量和风速均匀性主要受塔底周向进风口风速的影响。无风时，塔底周向进风是均匀对称的，即塔内填料各处的传热传质性能也是对称分布的；有风时，外界风速的变化对塔底四周风速有较大影响，即对通风量有较大影响。当风速达到0.5m/s左右时，迎风面风速增大，背风面风速减小，侧风区的风速也出现减小的趋势，冷却塔沿底部圆周进风不均匀，在进塔和出塔处存在涡流，进风阻力增大，冷却塔的总体通风量减小，塔内的传热传质性能减弱。
我国东北和西北大部分地区冷却塔在冬季运行时，因气温过低会引起冷却塔的某些部位结冰，从而影响冷却塔的正常运行。结冰具有严重的危害性，会影响塔的冷却效果，增加结构的荷重，降低混凝土结构的使用寿命，造成管道和阀门的冻裂等。我国东北和西北地区冷却塔在冬季运行时多采用悬挂挡风板防冻，由于挡风板数量较多、尺寸较大且需要人工悬挂，悬挂挡风板工作量较大，且工作环境较差。因此，东北和西北寒冷地区的冷却塔冬季运行一直是个难题。
发明内容
本发明针对自然风对逆流式自然通风冷却塔热力性能的不利影响，提供了一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化设施。该装置能够显著提高冷却塔进风均匀性，改善冷却塔的冷却性能，降低循环水出塔温度，提高机组运行经济性；在冬季可防止冷却塔结冰，替代传统的挡风板。
本发明采用的技术方案为：一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置，均匀布置在冷却塔进风圆周外相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处，其重点改进在于：包含导流板主 体及与导流板主体活动连接的挡风叶片。
其中，导流板沿冷却塔塔底圆周间距为5～50米，其中以6～12米为最优。
其中，导流板主体为矩形、菱形或梯形，高度与冷却塔进风口高度比值为1:2～1:1。
其中，导流板主体的单侧或双侧均可设置挡风叶片。
其中，该导流板主体的侧面上连接有上下依次设置的2～4个挡风叶片。
其中，该导流板主体上开设有窗口，挡风叶片活动安装于窗口内。
其中，该导流板主体与挡风叶片为玻璃钢、铝板或钢板材质，内部设置钢骨架结构。
其中，该挡风叶片通过转轴活动安装于导流板主体的窗口内，该挡风叶片与导流板主体之间形成的旋转角度大于等于0度小于等于120度。
其中，该挡风叶片为矩形叶片。
其中，该挡风叶片的叶片长度2000～4000mm。
本技术方案具有双重效果，在冬季之外的其他季节可显著增大冷却塔的进风量，对进塔空气进行导流和整流，提高进入冷却塔的空气流场均匀化程度，从而有效改善冷却塔的热力性能；在冬季，可根据气候状况和机组负荷情况，分阶段遮挡10％～50％进风面，使冷却塔的进风量大幅度降低，从而有效防止冷却塔挂冰，与传统的悬挂挡风板防冰冻措施相比，可大幅度减少悬挂挡风板的工作量，取消专门的贮存挡风板室。
附图说明
图1是本发明逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置在挡风叶片闭合时的平面布置示意图。
图2是本发明逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化装置 在挡风叶片开启时的平面布置示意图。
图3是本发明一较佳实例挡风叶片闭合时的布置图。
图4是图3沿K向的结构示意图。
图5是本发明一较佳实例挡风叶片开启时的布置图。
图6是图5沿L向的结构示意图。
图7是导流板主体的双侧面均设置挡风叶片的进风导流及防冻挡风一体化装置示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化技术，下面将结合图1至图7详细描述其具体实施方式。
请参见图1和图2所示，在冷却塔1的底部进风圆周外设置一定数量的进风导流及防冻挡风一体化装置2，该装置垂直地面纵向设置，并与冷却塔圆周直径3之间形成夹角α(即安装角度)，该夹角α的度数在0～45度之间。该进风导流及防冻挡风一体化装置2在冷却塔1底部沿进风圆周等间距布置在相邻两根人字柱4之间形成的三角形进风口处。请参见图3至图5所示，本发明的重点改进在于：该进风导流及防冻挡风一体化装置2包含导流板主体6和与导流板主体6活动连接的挡风叶片5。导流板主体上开设有窗口7，挡风叶片5通过转轴8安装于导流板主体6的窗口内，挡风叶片绕转轴8旋转，其与导流板主体6形成的旋转角度大于等于0度小于等于120度。通过电动旋转机构或手动旋转机构驱动转轴8带动挡风叶片5的旋转。挡风叶片可在90度左右的范围内绕轴自由旋转，在冬季冷却塔易发生结冰时旋出开启，根据气候状况和机组负荷情况，分阶段将冷却塔进风面10％～50％的面积封闭；在冬季之外的其他季节，挡风叶片5与导流板主体6合为一体形成完整的进风导流平面，两个相邻进风导流及防冻挡风一体化装置之间构成完整的冷却塔进风通道。
本发明中进风导流及防冻挡风一体化装置主体材料选用玻璃钢、 铝板或钢板，内部设置钢骨架结构。该导流板主体形状为菱形，锐角75～80度，高度与冷却塔进风口高度相同，导流板主体与进风口平面的安装距离在0～500mm。其中，挡风叶片为矩形叶片，分上下两层或多层设置(图3所示)，导流板主体的单侧或双侧均可设置挡风叶片，即每排可设置单挡风叶片(图6所示)或双挡风叶片(图7所示)，叶片的长度2000～4000mm。当相邻两个进风导流及防冻挡风一体化装置距离较近时，上下两排均设置单挡风叶片，该叶片向一个方向旋转，直到旋至将进风面封闭为止；当相邻两个进风导流及防冻挡风一体化装置距离较远时，上下两排均设置双挡风叶片，双挡风叶片分别向相反的方向旋转，直到该挡风叶片与相邻的一体化装置旋出的挡风叶片将进风面封闭为止。
以下为本发明的一个具体实施案例，用于说明本技术方案的有益效果：
东北地区某电厂2×600MW机组，每台机组配一台淋水面积为6500m2的逆流式自然通风冷却塔，冷却塔零米直径104m，进风口高度8.1m，塔出口直径64m，冷却塔底部有88根人字型支柱。TRL工况下冷却塔出水温度约31.4℃，冷却水温降幅约9.5℃。该地区多年平均风速4.7m/s，自然风对冷却塔热力性能影响较大。冬季该电厂冷却塔经常出现冰冻问题。现将本发明涉及的一种逆流式自然通风冷却塔进风导流及防冻挡风一体化技术运用于该电厂，为其中的一个冷却塔配置进风导流及防冻挡风一体化装置。
冷却塔周边建筑物分布与环境概况为：(1)环绕冷却塔底部进风圆周有一条宽5m的环形水泥检修通道，周围是草坪绿化带；(2)冷却塔底部正北方紧挨进风口的区域有冷却塔进水管道阀门室一间，占地约13m×18m；(3)冷却塔正西方紧挨进风口的区域有一部钢梯通向冷却塔填料层人孔，占地约8m×9m；(4)冷却塔正南方距进风口约10m处有一条宽4.2m的厂区道路，并有一条宽为4.2m的路将该厂区道路 与环形检修通道连接起来；(5)冷却塔正北偏东40～70度范围内紧挨检修通道有一条冷却塔回水沟，占地约26m×14m。
针对上述条件，提出如下进风导流及防冻挡风一体化装置的布置方案：
除去上述(2)～(5)涉及的不适合布置的区域，冷却塔底部进风圆周外均匀布置41个进风导流及防冻挡风一体化装置，沿塔底圆周相邻导风板间距约为8米。
参看图3～图6，由于相邻的两个进风导流及防冻挡风一体化装置在冷却塔进风口处距离约为8000mm，挡风叶片选用单挡风叶片模式。进风导流及防冻挡风一体化装置主体材料为玻璃钢，内部设置钢结构骨架。该装置形状为菱形，锐角75度，高度8100mm，边长8385mm，距冷却塔进风口的安装距离500mm，安装角度为15度。
本方案预期可使冷却塔循环水出塔水温降低1.2℃，相应地供电煤耗可降低1.2g/kWh，冬季冷却塔不会出现结冰现象。按年利用小时5500h、年发电量33×108kWh、煤价800元/t计算，该方案年可节约标准煤3960t，年可节约运行费用317万元。该工程投资约500万元，回收期约为19个月。由此可见本方案节能效果明显、经济效益显著。