冷却塔填料强化换热改造数值模拟研究

凌国庆,薛 刚,何 鑫,李吉波,纪浩文,黄 宁

（国能宁夏大坝发电有限责任公司，宁夏 青铜峡 751699)

摘 要：为了提升火电机组冷却塔的换热能力，以某公司2#机组自然通风冷却塔为例,构建了三维模型并进行了数值模拟，分析研究了冷却塔内填料等高均匀布置和填料不等高布置2种工况下的速度场、温度场、压力场等。结果表明，采用填料不等高布置后填料区空气流速更加均匀，并且冷却塔出塔水温降低。改造后冷却塔的冷却性能明显提升，节能降耗效果明显。

关键词：冷却塔;填料不等高布置;数值模拟

0 引言

依据“单区、一维、均风”模型进行设计的湿冷机组采用的自然通风逆流式冷却塔，具有故障率及运行成本低、对环境影响较小的优势。在模型中，进风自下而上正吹,塔内风速、风温沿径向呈现等数分布,布置填料及淋水密度也按照类似分布。与此同时,塔的实际运行状态偏离设计状态较大，无法实现风水比匹配。由于实际运行工况时，冷却塔存在风水比不匹配等，使得经塔冷却后的循环水出水温度与理论值存在近4℃的优化空间。

为了使冷却塔的换热效率超出其设计值的技术称为强制换热技术。加强冷却塔对流相变换热技术主要有加装空气动力涡流装置和优化配水与填料布置2种技术方案。其中，优化配水与填料布置方案，换热效率得以加强，以计算最佳风水比的“水塔换热增强技术”，主要流程为运用计算流体动力学（CFD)仿真技术对塔进行三维建模，以仿真出塔内空气流动与循环水的速度场、温度场、压力场、湿度场分布特征。在确定实际塔内吸热侧空气特性和放热侧循环水分布的前提下，重新对配水系统和填料位置进行优化，求解出最佳出塔水温所对应的配水与填料布置方案。近年来，上述填料布置的优化研究成为冷却塔改造的热门方向。

国内外学者对填料层的布置进行了较多的研究，郑水华“针对配水方式对湿式冷却塔冷却性能展开了研究，其研究成果显示，增加外围淋水这一举措能够使得出塔水温有所降低，而仅将分区配水这一因素纳人考量范围时，其对出塔水温所产生的影响相对较小；赵文升等凹发现当弧形填料弧度为0.12时可以使得冷却温度降低0.36℃;王焱等对非等高填料的冷却塔传热性能进行了研究，结果表明虽然可以提高冷却性能，但不利于均匀配水。

1 设备概况及运行现状

1. 1 设备概况

以某公司2#机组自然通风冷却塔为例，该机组塔芯材料及附件整体经过多年使用老化变形、结垢堵塞、破损脱落非常严重，具体如图1所示。

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