宋兵权
江苏大唐国际金坛燃机热电有限责任公司 江苏常州 213200
一、创新成果概述
某发电公司采用机械通风冷却塔，每台机组配置4座冷却能力为5000m3/h的方形逆流式机械通风冷却塔，机械通风冷却塔4座1组、单排一字横向布置于厂区南端。
机力通风冷却塔是把热的循环水由冷却塔上面喷洒,然后流到集水池中,与此同时风机从下往上与水流逆向送风,于是在填料上的水膜和冷空气广泛的接触,并发生传质传热过程,带走了循环水的热量，随着去工业化的发展，越来越多的发电厂选择采用机力通风冷却塔。
常规的冷却塔，在加装排风消声器、隔声设施后，需从风筒顶部起到塔顶的隔声墙顶部之间设置一段排风导流筒，以便将风筒出口的湿热空气导出塔外，同时消除风筒壁到隔声墙之间的气流涡流，避免窝风现象。目前国内主流的排风导流筒做法为：在风筒顶部设置一个天方地圆的排风导流筒，下口与风筒连接，上口与隔声墙顶部的横梁连接，天方地圆的设计方案，仅起到排风导流的作用，对冷却塔的性能没有任何帮助。
本项目针对风筒内部流场的特点，本方案对排风导流筒进行了优化设计，在原有排风导流筒的基础上，排风导流筒按照风筒的流线型继续加高，形成圆锥形的排风导流扩散筒。如此在排风导流筒出口，气流仍继续沿原有轨迹向上排出，持续形成动能回收的效果，即形成了排风导流的效果，又能减少气流动能损失从而起到节能的效果，同时圆锥形的排风导流扩散筒展开面积小，制作方便、安装简单，降低设备投资成本。
二、主要做法
采用在原有排风导流筒的基础上，排风导流筒按照风筒的流线型继续加高，形成圆锥形的排风导流扩散筒，使其不仅具备排风导流的作用，还能起到一定的动能回收作用，达到降低风机全压的节能效果，圆锥形的排风导流扩散筒展开面积小，制作方便、安装简单，降低设备投资成本。
三、主要创新点
①优化设计后的圆锥形排风导流筒风扇后的全压与不加装排风导流筒风扇后的全压相比提高较多，风机的抽力大幅提高，除去加装排风导流筒后风筒壁附近的涡流及风筒壁的摩擦阻力后：1）在同等出力得情况下机力冷却塔风机抽力增加，能增加进塔风量，从而降低出塔水温，增加发电效果；或2）在同等风量得情况下，风机全压减少，从而降低风机轴功率，减少风机能耗。总之，节能增效效果十分显著；
②优化设计后的圆锥形排风导流筒展开面积小，制作方便、安装简单，每台新型排风导流筒造价大幅降低。
为了更好的诠释新型机力通风冷却塔排风导流筒的优点，利用空气速度场、空气压力场对常规排风导流筒和新型排风导流筒进行模拟对比：
1、常规的排风导流筒流场分析
（1）空气速度场分析
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从图1-3可以看出，风筒进口处空气流速约为8m/s，风筒内空气经过风扇的抬升，流速由14m/s变为22m/s，在风扇后的流道内，空气流速逐渐降低，存在明显的速度阶梯现象，空气到达风筒出口处流速约为5m/s，整个风筒流道内中心区域的流速明显较低，这是由于风扇转动引起漩涡流，漩涡中心处流速低。空气在从原风筒出流后，基本保持原出口形状向外扩展，常规排风导流筒对于流场的影响很小，可以忽略不计。
（2）空气压力场分析
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图4（a） 风筒进口处空气压力场 图4（b） 风筒出口处空气压力场
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从图4-6可以看出，风筒进口处的动压约为30Pa，空气到达风扇前，动压基本不变，风筒壁附近的压强升高至150Pa左右，经过风扇的抬升，空气压力变为120Pa，而风筒壁附近的压强反而降低。从图6（a）看到，风扇后的全压约为160Pa。风扇后的风筒内，空气压力逐渐降低至30Pa后不再变化。与原风筒相比，新增加的排风导流筒内空气压力场已不发生明显变化，风筒中心区域存在较低的压强区。
2、优化设计排风导流筒流场分析
（1）空气速度场分析
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从图7-9可以看出，风筒进口处空气流速约为8m/s，风筒内空气经过风扇的抬升，流速由14m/s变为22m/s，在风扇后的流道内，空气流速逐渐降低，存在明显的速度阶梯现象，空气到达风筒出口处流速约为5m/s，整个风筒流道内中心区域的流速明显较低，这是由于风扇转动引起漩涡流，漩涡中心处流速低。
（2）空气压力场分析
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图11（a） 风扇前空气压力场 图11（b） 风扇后空气压力场
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从图10-12可以看出，风筒进口处的动压约为30Pa，空气到达风扇前，动压基本不变，风筒壁附近的压强升高至150Pa左右，经过风扇的抬升，空气压力变为120Pa，而风筒壁附近的压强反而降低。从图12（a）看到，风扇后的全压达到165Pa。风扇后的风筒内，空气压力逐渐降低至30Pa后不再变化。
原风筒和加装两种方式的排风导流筒，风扇前的压力均为150Pa左右；常规的排风导流筒风扇以后全压增加了2Pa，相比改型前形成2Pa的压差。即，风机的抽力增加了2Pa。但由于模拟时取的是理想状态，无法完全模拟风筒壁附近的涡流及风筒壁的摩擦阻力，考虑该部分摩擦力阻力等，常规的排风导流筒对于节能增效基本没有效果。
优化设计后的排风导流筒，风扇以后全压增加了7Pa，相比改型前形成7Pa的压差。即，风机的抽力增加了7Pa。但由于模拟时取的是理想状态，无法完全模拟风筒壁附近的涡流及风筒壁的摩擦阻力，该部分阻力暂时按国内相关文献及资料的经验公式进行计算：
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经计算，排风导流筒风扇后的风筒阻力约为3.68Pa。即：排风导流筒改型后增加的减少的动压为3.32Pa。
按照机力冷却塔风机风量不变计算，机力冷却塔风机动压减少3.32Pa，根据机力冷却塔风机选型软件：
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由选型计算可知，在给定机力冷却塔风机风量不变的前提下，排风导流筒优化设计前后，风机轴功率有3.1kw左右的收益。
四、应用成效
（1）优化设计后的排风导流筒，在给定机力冷却塔风机风量不变的前提下，排风导流筒优化设计前后，风机轴功率有3.1kw左右的收益，年节约厂用电量为18.2万kWh，相应的增加上网电量为18.2万kWh，年收益约10万元；
（2）优化设计后的圆锥形排风导流筒相比常规的天方地圆排风导流筒，其展开面积小，制作方便、安装简单，相比较而言，每台新型排风导流筒比常规减少造价约5万元，本项目共设计8台机力塔，可减少设备初次投资约40万元。
五、可推广性
改造方案在设备出厂前完成，简单易实施，应用效果明显，后续投运的机组均按此方案设计。