[发电技术]冷却塔基本知识

1、冷却塔的作用

工生产或制冷工艺进程中发生的废热，一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等自然水体中吸收一定的水作为冷却水，冷却工艺装备吸收废热使水温升高，再排进江、河、湖、海，这类冷却方式称为直流冷却。当不具有直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散人年夜气。



如图1所示的火电厂为例，汽锅回将水加热成高温高压蒸汽；推动汽轮机（2）作功使发机电（3）发电。经汽轮机作功后的乏汽排进凝汽器（4），与冷却水进行热交换凝聚成水，再用水泵打回汽锅轮回使用。这一热力轮回进程中；乏汽的废热在凝汽器中传给了冷却水，使水温升高．挟带废热的冷却水，在冷却塔（5）中将其热传给空气（6），从塔筒出口排人年夜气。在冷却塔内冷却过的水变为低温水，水泵将其再送进凝汽器，轮回使用。前一轮回为汽锅中水的轮回，后一轮回为冷却水的轮回、其他工部门，如石油、化工、钢铁等，也普遍使用冷却塔。冷却塔中水和空气的热交换方式是，流过水概况的空气与水直接接触，经由过程接触传热和蒸发散热，把水中的热传输给空气．用这类冷却方式的称为湿式冷却塔（简称湿塔）。湿塔的热交换效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度．可是，水因蒸发而造成消耗；蒸发又依轮回的冷却水含盐度增加，为了稳定水，必需排失落一部门含盐度较高的水；风吹也会造成水的损失。这些水的吃亏必需有足够的新水延续弥补，是以，湿塔需要有补给水的水源。缺水地域，弥补水有坚苦的情况下；只能采用干式冷却塔（简称干塔或空冷塔）。干塔中空气与水（也有空气与乏汽）的热交换；是经由过程由金属管组成的散热器概况传热，将管内的水或乏汽的热传输给散热器外流动的空气。干塔的热交换效率比湿塔低，冷却的极限温度为空气的干球温度。

2、冷却塔的分类

今朝已被淘汰的冷却塔型这里不再介绍，现还在使用的塔型，分类以下。

A、按透风方式分

按透风方式分有：

自然透风冷却塔
机械透风冷却塔
夹杂透风冷却塔。
B、按热水和空气的接触方式分

按热水和空气的接触方式分有：

湿式冷却塔；
干式冷却塔；
干湿式冷却塔。
C、按热水和空气的流动标的目的分

按热水和空气的流动标的目的分有：

逆流式冷却塔；
横流（交流）式冷却塔；
混流式冷却塔。
D、其他型式的冷却塔

其他型式有喷流式冷却塔和用转盘提水冷却的冷却塔。

3、各类冷却塔简述

自然透风逆流湿式冷却塔
自然透风逆流湿式冷却塔在我国电力部门使用多，见图12。这类塔型的透风筒常采用双曲线形，用钢筋混凝土浇

制其高度已达170多米。老式的塔筒平面上呈多角形、立面为锥形的，现在已很少用了。

如图所示，热水由管道经由过程竖管（竖井）送人热水份配系统。这类分配系统在平面上呈网状安插，分槽式布水、管式布水或槽管连系布水；然后经由过程喷溅装备，将水洒到填料上；经填料后成雨状落人蓄水池，冷却后的水抽走重新使用．塔筒底部为进风口，用人字柱或交叉柱支承。空气从进风口进人塔体．穿过填料下的雨区，和热水流动成相反标的目的流过填料（故称逆流式），经由过程收水器收受接管空气中的水滴后．再从塔街出口排出．塔外冷空气进人冷却塔后，吸收由热水蒸发和接触散失的热，温度增加，湿度变年夜，密度变小．是以，收水器以上的空气经常是饱和或接近饱和状态；其温度要经由过程计较肯定，初步设计时，可取为冷却塔进、出水温的平均值。塔外空气温度低、湿度小、密度年夜。由于塔内、外空气密度差异在进风口内外发生压差。致使塔外空气源源不竭地流进塔内而无需透风机械提供动力，故称为自然透风。



为知足热水冷却需要的空气流，塔内、外要有足够的压差，但塔内、外空气密度差是有限的，是以自然透风冷却塔必需建造一个高峻的塔筒。填料断面气流速度通常是1.0～1.2m／s，比机械透风冷却塔气流速度要小。逆流方式冷却效果高，但通气阻力相对也年夜，所以填料体积小。填料有点滴式和薄膜式之分，现在年夜多采用薄膜式填料。

这类填料的特点是，水淋过填料时，水的概况积比力固定；在水增年夜时其概况积没有多年夜变化，所以其淋水密度不宜太年夜，一般采用6～8（t／（Mh））。在高温、高湿地域，气压较低，形成一样的过塔气，需要更高的塔简，所以对建造这类塔晦气。自然透风湿式冷却塔建造费用高，运行费用低，随着上石油价格的提高，机械运行费用响应增加，自然透风冷却塔就显得更经济，因而被采用的越来越多了。

自然透风横流湿式冷却塔
这类塔的填料设置在塔简外，如图3所示。热水经由过程上水管，流人配水池，他底设布水孔，孔距约50CM，下连喷嘴，将热水洒到填料上冷却后，进进塔底水池，抽走重复使用。空气从进风口水平向穿过填料，与水流标的目的正交，故称横流式或交流式。空气出填料后，经由过程收水器，从塔街出口排出。在冷却方式中；逆流式效率高，顺流式效率差，横流式居中。由于横流冷却方式效率比逆流式差，所以需要比逆流式年夜的填料体积，但通气阻力较小，是以淋水密度可以加年夜到15～2Ot／（M·h）。横流塔若采用薄膜式填料，则因耗材料太多而增加了塔的造价，所以现在多采用点滴式填料。使用点滴式填料的另外一个益处是，淋水概况在年夜水时有较年夜的增加，响应地提高了冷却效果。这类塔的塔筒内是空的，气流速度可以高一些，是以塔筒宜径可以比同客的逆流塔小，响应下降了造价。



这类增施工场地不相互干扰，有益于施工。运行治理利便，但防冰冻性能不如逆流培，总造价一般比逆流塔低，但运行费用高。

辅助透风冷却塔
囹4是一种自然透风和机械透风配合作用的冷却塔在自然透风逆流式冷却塔底部，加装鼓风机以辅助塔简透风。瑞舍吉-·考垂（R＿Cottrell）公司设计的这类塔，高度为同容自然透风速流塔的1／2，底部直径为其2／3，负荷小时可以不开风机。



英国因斯“B”（InceB）电厂1000MW机组的辅助透风冷却塔，见图5，塔筒高116．4m，底部直径93．5M，出口直径53m，填料像横流式冷却塔一样，放在塔简外边，35个轴流风机安插在塔简和填料之间，风机直径7．9m。填料高13m，进深6m。此塔冷效相当于3个同尺寸的自然透风冷却塔，而造价较自然透风塔低15％，但加上30年运行费就未便宜了。



机力透风湿式冷却塔
机械透风湿式逆流冷却塔分鼓风式和抽风式两种。鼓风式塔从塔底部进风口用风机向塔内鼓风，现使用不多，其原理同抽风式，不再介绍。抽风式塔如图6所示，较年夜型的机械透风逆流式冷却塔,通常为多座（格）塔连成一排，每格塔成正方形或矩形，从两面进风。只有在单个塔时才作成圆形，如一些较小型（水小于1000T／h）的玻璃钢冷却塔。



热水经由过程上水管进进冷却塔，经由过程槽式或管式配水系统，使热水沿塔平面成网状平均散布，然后经由过程喷嘴，将热水洒到填料上，穿过填料，成雨状经由过程空气分配区（雨区），落进塔底水池，酿成冷却后的水待重复使用。空气从进风口进进塔内，穿过填料下的雨区、与热水成相反标的目的（逆流）穿过填料、经由过程收水器、抽风机、从风筒排出。淋水密度通常是q=12～15t／（mh）。过年夜的淋水密度，尤其在使用薄膜式填料时，会引发阻塞现象、气流阻力突然急剧增加。经由过程填料断面的风速V=2．2～3．0M／S。风速也不宜太年夜，否则会带来年夜的风吹损失及阻力。2.8M／s风速会将直径0.5mm，相当于小斜雨的水滴吹走，薄膜式填料风速可以年夜一些，点滴式填料则风速应小一些。进风口面积和填料断面面积之比取0．5～0．6为好。

机械进风横流湿式冷却塔


机械透风横流湿式冷却塔（图7）的主要原理和自然透风横流式冷却塔一样，只是用风机来透风，是以风速可以高一些，一般填料断面风速取v=2.2～3.0m／s。配水用盘式，为了保证水深比力平均，配水盘可以分几格，盘底打孔，装喷嘴将热水洒向填料，然后流人底部水池。淋水密度年夜者可达20—50t／（m·h）。填料倾斜安装。以保证运行时水不洒到填料外。对点滴式填料，倾角用9～11，薄膜式填料倾角用5～6。填料高度和深度比值取2～2.5。进风口安装百页窗、叶片面与水平夹角取45～60。

多风机混式冷却塔
多风机冷却塔即一座塔上安装多台风机，如图所示为一座多风机横流式冷却塔，也能够用于逆流式。塔平面外形通常是圆形，也能够是长方形。其原理与单风机塔不异。这类塔的点是，占地小，投资少，包括低的建筑费用及治理费用。风机之间对热羽流有相互促进作用，因而羽流上升高度年夜、不容易形成热空气向进风口回流。由于风机的相互干扰、总的抽风减小。



干式冷却塔
干式冷却难的热水在散热翅管内流动，靠与管外空气的温差，形成接触传热而冷却。所以干式冷却塔的特点是：

①没有水的蒸发损失，也无风吹和排污损失，所以干式冷却塔适合于缺水地域，如我国的北方地域。由于没有蒸发，所以也没有但空气从冷却塔出口排出所酿成的污染。

②水的冷却靠接触传热，冷却极限为空气的干球温度效率低，冷却水温高。

③需要年夜的金属管（铝管或钢管），是以造价为同容湿式塔的4～6倍。因干式冷却塔有后两点晦气身分，所以在有条件的地域，应尽采用湿塔。干塔可以用自然透风，也能够用机械透风。以火电厂经常使用的干式冷却塔为例，分为间接冷却和直接冷却两类。间接冷却是指用冷却塔中冷却后的水，送往凝汽器中冷却由汽轮机井出的乏汽。直接冷却是指不用凝汽器，将汽轮机排出的乏汽，用管道引人冷却塔直接冷却，变为凝聚水，用水泵送回汽锅重复使用。

图9所示为海勒（Heller）系统间接空冷干式自然透风冷却塔。它的特点是使用喷射式凝汽器，汽轮机排出的乏汽与从冷却塔来的冷水，在凝汽器内直接夹杂，是以端差很小。夹杂后的水，约2％送回汽锅，其余的水送到冷却塔冷却。因冷却水和汽锅水为统一种水，所以对水要求高。另外一个特点是，经冷却塔冷却后的水仍有较年夜的余压，在送人凝汽器之前，先用小型水轮发机电口收能。



图9所示的散热器放在塔简的外边，类似湿式横流塔。散热器也能够像湿式逆流塔一样放在塔筒里面，但为了排走散热器中的水，散热器不是完全水平安插，而有一定的坡度。另外一种间接空冷塔，使用概况式凝汽器，乏汽和冷却水互不相混。

散热器用翅片管或螺纹管，材为钢或铝。管断面为椭圆形或圆形。

直接空冷塔如图10所示。从汽轮机排出的乏汽，经由过程管道直接送进冷却塔内的散热管，用风机透风冷却成凝聚水，不要凝汽器，所以称直接空冷。由于是将蒸汽直接送人散热管，而不像间接空冷送人冷却塔的是热水、因蒸汽体积比水年夜得多，所以送汽管非凡粗，直径约为间接空冷的三倍多。另外，输汽管道不能漏汽，否则就会直接影响汽轮机真空，下降出力。

干湿式冷却塔
这类塔为湿式塔和干式塔的连系，如图11所示，干部在上、湿部在下。也有的塔四面进风，相对双方为湿部；另外双方为干部。采用这类塔的目的，部门是为了省水，但年夜大都是为了消除从塔出口排出的饱和空气的凝聚，因而造成塔四周的污染。图12为德国某电站的干湿式冷却塔。

如图11所示，从塔下部湿段排出的湿空气，在同塔四周的冷空气接触后，即酿成过饱和的空气而凝聚，形成雾，造成污染。假设像图中那样，塔上部用干段，则由塔下部湿段排出的饱和湿空气，流经干段时，会被加热而酿成不饱和的空气，因而出塔后不会凝聚。


如图13所示为干湿式塔的排放空气状态变化情况的示例。图中弯曲线为相对湿度。①为塔四周年夜气状态。

②为湿塔时，从塔出口排出的湿空气状态，由于过饱和，水蒸气凝聚形成雾。

③为干湿式塔中，湿段出口的空气状态。

④为干段后的空气状态。

可以看出，从①变到④时，空气含湿不变，只是温度升高。然后与从温段来的空气夹杂，变为状态⑤，从塔出口排出。相对四周空气状态。⑤点空气状态处在非饱和区，所以从干湿式塔排出的湿空气不会结雾，这就是加干段的作用。干段水通常是总水的20％～25％。

喷射型的冷却塔


图14为一种喷流式冷却塔。为美国贝尔其莫尔·艾尔科伊尔（BaitoreAirced）公司所设计。热水经由过程压力喷嘴喷向塔内，成为散开的喷流体，同时将年夜空气带进塔内，热水经由过程蒸发和接触传热将热传给空气，冷却后的水落人集水池，空气经由过程收水器后排出。这类塔不用填料和风机，因而没有风机噪声。处置水可从每小时几吨到几百吨。