循环水蒸发量计算

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：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; 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×Qm ［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。

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＝Qm×P2公式4

D＝Qm×P3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=（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=3.0）

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×Qm=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= Qm×P2 =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：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

循环水耗水量（t/h）575 626 678 729 781 832 883

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。

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×Qm=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= 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

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

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

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×Cp×△t ［5］在机组出力变化时，G、Cp 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：△t1/△t= D1/ 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：△t1=75%△t=0.75×9.51=7.13℃

代入公式3可得：E=k×△t×Qm=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= Qm×P2 =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：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

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

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×Qm=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= 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

循环水耗水量（t/h）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γ的变化，则计算结果与忽略γ变化相比，耗水量将有所增加但增加幅度不会超过10%。

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=μ?△t?R

式中：E——蒸发损失水量，m3/h；

△t——冷却水温差，℃；

R——循环水量，m3/h；

μ——蒸发系数，0.0016

2、排污水量B

根据确定的浓缩倍数及物料平衡关系式可知：

E

B= ————

K—1

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。