冷却塔冷却方式..pdf

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1、摘要 I 摘要 近年来，随着我国经济建设的快速发展，市场对电力供应的需求不断升温， 电力建设正处在一个历史高峰期，在火电厂中，机组运行的经济性不仅与主设备 有关，而且还与辅助设备的性能和运行状况相关；另外，由于受到电厂所处环境 的限制以及适应国家节能减排的号召，火电厂冷却塔冷却方式的选取变得尤为重 要。 通过查阅大量国内外论文、 期刊、书籍等，本文对火电厂冷却塔冷却方式进 行了总结。目前，火电厂冷却方式主要存在两大类：湿冷方式和空冷方式， 其中， 湿冷方式包括循环供水冷却和直流供水冷却；空冷方式包括直接空冷方式和间接 空冷方式。 本文重点以冷却塔为主线，对目前火电厂存在的冷却方式做了详细的介绍

2、， 其中包括直流供水冷却系统、 循环供水冷却系统、 直接空冷系统、 表凝式间接空 冷系统、混合式间接空冷系统的组成、原理、特点以及适用范围和存在的问题。 并通过实例分析， 对不同电厂采取不同的冷却系统进行阐述；另外，本文还对各 种系统的特点进行对比，最终得出结论：在城市边缘、离天然湖泊或河流较近， 水资源丰富地区建设电站项目， 宜采用冷却塔湿冷机组； 在富煤缺水地区建设的 电站项目， 宜采用空冷机组。 并展望，随着水资源供需矛盾的日益突出和空冷技 术的不断改进完善，空冷机组将逐步成为未来火电厂发展的趋势。 关键字：火电厂；冷却塔；冷却方式；湿冷方式；空冷方式 东北电力大学自动化工程学院学士学位

3、论文 II ABSTRACT In recent years, with the rapid development of Chinas economic construction,the market demand for power supply of constant temperature, electric power construction is at a historic peak, in thermal power plant, economic operation of the unit is not only related to the main equipment,

4、but also the performance and running status and auxiliary equipment; in addition, due to the power plant environmental restrictions and adapt to the national call of energy-saving emission reduction, selection of cooling tower cooling mode in thermal power plants has become particularly important. T

5、hrough access to a large number of domestic and foreign papers,periodicals, books and so on, this paper has carried on the summary to the cooling tower cooling system in thermal power plant. At present, the thermal power plant cooling modes are two main categories: the wet mode and air cooling mode,

6、 the wet modes including circulating water cooling and direct cooling;air cooling methods including direct air cooling mode and indirect air cooling mode. This article focuses on the cooling tower as the main line, the cooling mode in power plant at present are introduced in detail, including compon

7、ents, principle, characteristics and application scope and existence the problem of DC water cooling system,circulating water cooling system, the direct air cooling system, surface condensate indirect air cooling system, mixed type indirect air cooling system .And through the case analysis, carries

8、on the elaboration to the different power plant cooling system to different;finally ，we draw the conclusion: this area （on the edge of the city, near to the natural lakes or rivers , the area rich of water resource ）should adopt the cooling tower of the wet cooling unit ; the construction of power s

9、tation projects in the coal rich and in water shortage area, should adopt air cooling unit. And look, with the contradiction between supply and demand of water resources become increasingly prominent and air cooling technology for continuous improvement, air cooling unit will gradually become the tr

10、end of the development of the thermal power plant of the future. Keywords：Thermal Power Plant; Cooling Tower; Cooling Method; Wet Cooling Mode; Air Cooling Mode 目录 III 目录 摘要. I ABSTRACT II 第 1 章绪论. - 1 - 1.1 选题背景及研究意义 - 1 - 1.1.1 选题背景 . - 1 - 1.1.2 选题意义 . - 2 - 1.2 火电厂冷却方式现状 - 2 - 1.3 本文主要研究内容 - 3 -

11、 第 2 章冷却塔及冷却方式简介 - 4 - 2.1 冷却塔的作用及原理 - 4 - 2.2 冷却塔的结构 - 5 - 2.3 冷却塔的分类 - 6 - 2.3.1 空气冷却式冷却塔 . - 6 - 2.3.2 蒸发式冷却塔 . - 8 - 2.4 冷却塔的使用情况 - 9 - 2.5 翅片热管干式空气冷却塔 - 9 - 2.5.1 翅片热管干式空冷塔的应用 - 10 - 2.5.2 纵向翅片热管在干式空气冷却塔中的应用 - 10 - 2.6 冷却方式简介 . - 12 - 第 3 章湿冷方式 . - 14 - 3.1 湿冷系统简介 . - 14 - 3.2 循环供水冷却系统. - 14 -

12、3.3 直接供水冷却系统. - 15 - 3.4 实例分析 . - 15 - 3.4.1 直接供水冷却系统实例 - 15 - 3.4.2 循环供水冷却系统实例 - 15 - 第 4 章空冷方式 . - 17 - 4.1 空冷技术发展史. - 17 - 4.2 直接空冷系统 . - 18 - 4.2.1 工作原理 - 18 - 4.2.2 系统工艺流程 - 18 - 4.2.3 系统主要设施 - 19 - 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 IV 4.2.4 直接空冷系统的特点 - 20 - 4.3 表面式凝汽器间接空冷系统. - 21 - 4.3.1 系统工艺流程 - 21 - 4.3.2

13、 系统主要设施 - 21 - 4.3.3 表凝式间接空冷系统的特点 - 23 - 4.4 混合式凝汽器间接空冷系统. - 23 - 4.4.1 系统工艺流程 - 23 - 4.4.2 系统主要设施 - 24 - 4.4.3 混凝式间接空冷系统的特点 - 26 - 4.5 实例分析 . - 26 - 4.5.1 直接空冷系统实例 - 26 - 4.5.2 表凝式间接空冷系统实例 - 27 - 4.5.3 混凝式间接空冷系统实例 - 28 - 第 5 章干湿冷系统的优缺点及性能对比. - 30 - 5.1 湿冷系统的优缺点. - 30 - 5.2 直接空冷系统的优缺点. - 30 - 5.2.1

14、直接空冷系统的优点 - 30 - 5.2.2 直接空冷系统缺点 - 30 - 5.3 表凝式间接空冷系统的优缺点. - 31 - 5.3.1 表凝式间接空冷系统主要优点 - 31 - 5.3.2 表凝式间接空冷系统主要缺点 - 31 - 5.4 混凝式间接空冷系统的优缺点. - 31 - 5.4.1 混凝式间接空冷系统的主要优点 - 31 - 5.4.2 混凝式间接空冷系统的主要缺点 - 32 - 5.5 空冷系统的特点. - 32 - 5.6 干、湿冷电厂性能对比. - 33 - 5.7 适用范围与选型分析. - 34 - 第 6 章冷却方式存在问题及解决方案. - 37 - 6.1 火电厂

15、冷却塔存在的问题及解决方案. - 37 - 6.1.1 火电厂冷却塔存在的问题 - 37 - 6.1.2 发电厂冷却塔各方面问题的解决对策 - 39 - 6.2 空冷系统与环境的影响关系. - 40 - 6.2.1 环境对空冷系统的影响 - 40 - 6.2.2 空冷系统对环境的影响 - 41 - 目录 V 6.3 干湿联合冷却系统. - 42 - 6.3.1 干湿联合冷却系统概述 - 42 - 6.3.2 干湿联合冷却系统类型 - 43 - 总结及展望 . - 45 - 参考文献 . - 46 - 致谢. - 50 - 第 1 章 绪 论 - 1 - 第 1 章绪论 1.1 选题背景及研究意

16、义 火电厂是将燃料燃烧发出的能量转化为电能的工厂，常见燃料包括煤、 天然 气以及石油等。 在燃料燃烧过程中， 锅炉炉膛内的水被加热生成饱和蒸汽，饱和 蒸汽在经过过热器过程中由烟气对其进行加热，从而转化为过热蒸汽， 过热蒸汽 随后经由主蒸汽管送至汽轮机内，蒸汽在汽轮机内产生的压力即推动汽轮机转 动，这个过程实现了热能到机械能的转变。机械能到电能的转换是通过汽轮机带 动发电机转动来实现的。 蒸汽在做功之后， 会进入到凝汽器， 在这里蒸汽要变成 水。为了使蒸汽凝结为水，需要进行冷却，为此，需要把冷水输送至凝汽器的冷 凝管中，这是通过循环水泵来实现的。需要进行冷却的热量包括内冷水发热量、 给水泵轴承发

17、热量、 蒸汽热量、 引送风机轴承发热量、 密封冷却水的热量以及汽 轮机轴承发热量，由于热量大，所以通常火电厂的循环冷却水量也都比较大 1 。 1.1.1 选题背景 从全球范围看，我国水资源总量位居世界第6位，而人均水资源占有量却只 有世界人均水平的 1/4 ，水资源短缺严重制约着我国的发展。尤其是水资源分布 的严重失调，更加剧了这一情势。在中国的西北、华北地区，人均淡水拥有量仅 为全国平均水平的 1/4 ， 在山西、陕西、蒙西、宁夏、呼盟、锡盟和新疆这些省 ( 区) 幅员辽阔，面积约占全国的 34，但水资源总体相对贫乏，水资源总量为1959 亿m 3，约占全国的 7，西部地区缺乏水资源，常规的

18、湿冷式燃煤电厂建设模式 在这些地区不适宜，而电力行业是耗水大户，形成了有煤发不出电的被动局面。 另一方面， 我国北方地区水资源极其宝贵，治理荒漠化、 恢复植被和保护生态环 境都需要水，水资源的统一规划和合理使用是协调经济发展与生态环境的重要保 证，从而导致了电厂用水量受到了限制。 近年来，随着我国经济建设的快速发展，市场对电力供应的需求不断升温， 电力建设正处在一个历史高峰期。火力发电作为我国目前的发电主体，据相关资 料统计，截止到 2014初，全国火电装机约占总装机容量的75，火电的发电量占 总发电量的 80左右，我国目前的火电机组中绝大多数都是煤电机组。受我国能 源结构特点的影响， 决定了

19、今后很长一段时间内， 我国的电力构成仍然以煤电为 主。因此，在煤炭资源丰富的地区大力发展火电事业，实现变输煤为输电的经济 发展模式的转变， 既是落实国家相关的经济发展政策，也是加快我国区域经济发 展的必由之路 2 。 伴随着低碳经济的提出， 节能减排成为国民经济发展的重要目标，在电力工 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 - 2 - 业中节能更是非常重要而又长期的任务。目前从我国的电厂实际情况来看，节能 的潜力很大。 在火电厂中， 机组运行的经济性不仅与主设备有关，而且还与辅助 设备的性能和运行状况相关。 在闭式循环水泵系统中， 循环水泵通过不断的做功 使冷却水在凝汽器与冷却塔之间循环，从

20、而使得循环水泵成为火电厂中耗电量较 大的设备之一，它消耗的电量约占总发电量的1-1.5 ，且循环水泵运行方式 对汽轮机排汽压力和厂用电率指标影响较大，因此研究和改善循环水泵的运行方 式，对于节约厂用电、提高电厂运行经济性具有重要的意义。 建立资源节约型和环境友好型社会，促进经济社会可持续发展， 我国大力加 强节能减排工作。 “十一五” 期间节能减排目标： 实现国内生产总值能耗降低20、 主要污染物排放总量减少10。在“十一五”开局之年，我国经济社会发展绝大 部分目标超额完成， 而节能减排目标没有实现。 今后的节能减排工作面临着巨大 压力和严峻挑战。 电力行业既是优质清洁能源的创造者，又是一次能

21、源消耗大户 和污染排放大户， 因而也是国家实施节能减排的重点领域。未来的节能减排工作 将以火电厂节能减排为核心， 以降低火电厂煤耗、 厂用电率和二氧化硫排放量为 重点。面临这样严峻的形势，电力生产厂家需从设备管理、运行管理、燃料管理 等全方位入手深化节能减排工作，从而提高机组的经济性， 降低发电成本。 发电 厂作为发电单位， 其任务已不再是简单的完成年度发电指标，而是致力于提供优 质、低耗的电能，满足社会的需要 3 。 1.1.2 选题意义 冷却塔在电厂中作为一种进行气水热质交换的大型设备，做完功的排汽由汽 轮机末级排入凝汽器后凝结，其释放的热量由循环冷却水带入冷却塔后排入大 气，一般 300

22、MW机组冷却塔平均每秒释放约5105kJ热量，可见冷却塔在电站 系统中发挥着重要作用。 冷却塔要求以较高的冷却效率，使在凝汽器内加热后的 循环水获得尽可能低的温度， 一般情况下凝结水的温度越低， 汽轮机的热效率越 高，反之不仅会影响汽轮机的热效率，甚至会危及汽轮机运行的安全性。因此， 冷却塔的冷却效率直接影响火电厂运行的安全性和经济性。 火电厂所处地理位置水资源的分布以及对火电厂经济性要求等的限制对其 有深刻的影响。所以，在富煤的地区大力发展火电机组要选择合适的冷却方式 4 。 1.2 火电厂冷却方式现状 火力发电厂作为工业耗水大户，对水的消费是客观的, 发电厂需要大量的冷 却水，其供水系统主

23、要有直流供水和循环供水两大类，其中循环供水已经成为大 部分火力发电厂的供水方式。循环水的冷却方式可分为冷却塔冷却和冷却池冷 却，而冷却塔冷却又分水冷和空冷两种冷却方式。 第 1 章 绪 论 - 3 - 对于采用循环冷却的电厂来说，循环冷却水的消耗量占电厂总耗水量的 70， 通常状况下，火力发电厂冷却塔的循环水因蒸发原因损耗总水量的1.2 1.6 风吹损耗小于 0.5 ，排污损耗为 1左右。也就是说，因蒸发原因所消 耗的水量占电厂总水量的3050。 在我国火电电站建设初期和沿江河湖海地 区的原电站项目， 大多采用水冷技术， 由于蒸发使大量循环水损失。随着用水的 紧缺和节约用水政策的实施。 我国电

24、站建设规模较大且以燃煤发电的电厂，均推 广空冷技术，采用空冷要比水冷节水3/4 以上。不仅对于我国华北及东北许多富 煤少水地区发展电力事业，而且对调整现有电源结构、提升民族制造工业水平， 都有现实意义 5 。 火电厂空冷技术的应用已有70余年的历史， 经历了机组容量由小到大， 技术 由不成熟到成熟， 应用地区由炎热的南方到寒冷的北方，由不受重视到大力提倡 的过程，其发挥的节水作用日趋显著，发展前景将越来越广阔。 火电厂空冷技术 的成功应用为富煤缺水地区的电力工业开拓了一条发展之路，是确保今后在富煤 缺水地区顺利发展火电事业的基础，是实现火电厂节约水资源的重要方法与举 措。随着我国电力需求的高速

25、增长、水资源的日益匮乏， 在我国大力发展火电厂 空冷技术尤为重要。 目前火电厂的冷却系统主要有湿冷系统和空气冷却系统两大类，湿冷系统分 为：开式冷却系统和闭冷式冷却系统；干冷系统分为： 直接空冷系统和间接空冷 系统 6 。 1.3 本文主要研究内容 本课题对火电厂冷却塔冷却方式在火电厂的应用及发展进行总结。以火电厂 冷却塔的应用为主线， 详细介绍冷却塔的发展历史及现状；系统的组成及功能特 点；主流冷却方式的结构、特点。 第 2 章 冷却塔及冷却方式简介 - 4 - 第 2 章冷却塔及冷却方式简介 2.1 冷却塔的作用及原理 火电机组汽轮机末级排汽在进入凝汽器降温凝结后循环利用，按照凝汽器内 用

26、于冷却排气的介质不同分为空冷与湿冷，空冷即通过环境大气冷却， 而湿冷则 通过低温冷却水予以冷却， 对于水源比较贫乏的地区冷却水需要循环使用以节约 用水。冷却塔作为火力发电厂的重要辅助生产设备，是完成循环水冷却的重要装 置。 图2-1 电厂中冷却塔工作原理图 在火力发电厂中， 冷却塔的主要任务是： 水在锅炉内被加热成高压蒸汽，然 后进入汽轮机， 推动汽轮机做功使发电机发电， 经汽轮机做功后的乏气排入凝汽 器，与冷却水进行热交换而凝结成水，再用水泵打回锅炉循环利用；而携带废热 的冷却水， 在冷却塔中与空气进行热、 质交换，使废热传输给空气并最终散入大 气；在冷却塔内被冷却的水变为低温水后，水泵将其

27、再次送入凝汽器， 循环使用。 其过程如图 1所示。 冷却塔是用来描述直接( 开路 )和间接 ( 闭路) 散热设备其将循环水以喷雾方 式，喷淋到玻璃纤维的填料上。填料提供了更大的接触面，通过水与空气的接 触达到换热效果。再南风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出， 从而达到冷却 7 。 冷却塔要求以较高的冷却效率， 使在凝汽器内加热后的循环水获得尽可能低 汽轮 机 发电机 锅炉 凝汽器 冷却塔 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 - 5 - 的温度，一般情况下凝结水的温度越低，汽轮机的热效率越高， 反之不仅会影响 汽轮机的热效率， 甚至会危及汽轮机运行的安全性。因此，冷却塔的冷却效率

28、直 接影响火电厂运行的安全性和经济性 8 。 2.2 冷却塔的结构 第一座工业冷却塔诞生于1904 年的法国，随后无论从建筑材料、塔型，内 部结构（如填料选材与型式、 配水系统的布置方式） 等方面，还是从对环境因素、 循环水特性对冷却塔性能的影响的研究等方面，人们对冷却塔性能的不断优化都 作出了不懈的努力。 1910 年荷兰学者依特尔松提出了以钢筋混凝土建造冷却塔 壳体，此后的塔体建筑材料基本固定，而塔形则经历了圆柱形、锥形，甚至方形 结构，最终定型为目前常用的双曲线形，填料的选材至今仍有所不同， 可用的有 如木材、石棉水泥、 陶瓷、塑料、玻璃钢等， 布置方式更是分为S形、斜交错形、 台阶式梯

29、形、六角蜂窝型、双向波形等型式。 目前的冷却塔仍有较大的节能潜力， 故对其结构的优化还远不止于此。 冷却塔一般主要由填料、配水系统、通风设备、空气分配装置、挡水器、集 水槽等部分构成。 结构的不同组合可以构造成不同型式的冷却塔。实际运行中各 种结构均发挥了不同的作用， 维持了冷却塔内部系统的正常运行，为火电厂发电 生产创造了优越的冷却环境 9 。 (1) 塔筒 冷却塔塔筒呈双曲线形， 其作用是要创造良好的空气动力条件，减少通风阻 力，并将湿热空气排至大气层， 减少湿热空气回流。 为满足热水冷却需要的空气 流量，塔内外需要有足够的压差， 但塔内外空气密度差是有限的，因此自然通风 冷却塔必须建造一

30、个高大的塔筒。 (2) 淋水填料 淋水填料作为冷却塔的重要构件， 其作用是将进入的热水溅散成细小的水滴 或形成薄的水膜， 以增加水和空气的接触面积和接触时间，即增加水和空气的热 交换程度。淋水填料区是水发生冷却的主要区域，整个塔 60一70的温降发生 在此区域，其性能的优劣直接影响冷却塔的运行经济性。淋水填料热力性能越好， 通风阻力越小， 其散热能力就越强， 冷却水在此区域内的温降就越大。对淋水填 料进行性能研究以及合理选型一直备受国内外学者的重视，从80年代以前的重型 水泥网格填料到近几年的轻质PVC 淋水填料；从应用单种填料到多种不同填料的 优化组合，这些对淋水填料的研究和改进工作均是沿着

31、淋水填料高热力性能、低 阻力特性的方向开展的。 重视高效低阻淋水填料的研究，是提高冷却塔冷却性能 的重要手段。 第 2 章 冷却塔及冷却方式简介 - 6 - (3) 配水系统 配水系统的作用是保证在一定的水量变化范围内将热水均匀地分布于整个 淋水填料面积上， 从而使填料作用得以充分发挥。配水分布性能的优劣， 将直接 影响空气分配的均匀性及填料发挥冷却作用的能力，配水不均匀， 将降低冷却效 果。 (4) 收水器 收水器的作用是将冷却塔气流中携带的水滴与空气分离，减少循环水被空气 带走的损失。 收水器通常采用惯性撞击分离法的技术原理进行设计，一般由倾斜 布置的板条或波形、弧形叶板组成。通常应选择那

32、些收水效率高、气流阻力小、 坚固耐用且价格低的收水器。 (5) 雨区 雨区是逆流塔中填料以下、 水池水面以上、 像下雨的区域。 也有的将此区称 为配风区，即气流进入冷却塔以后，经过此区域，然后进入填料。 (6) 集水池 热水经冷却后，汇集到集水池内，然后从集水池流到水泵房，循环使用。集 水池的容积， 应保证冷却塔的正常运行， 以及冷却塔突然停运时， 水不会溢出池 外 10 。 2.3 冷却塔的分类 冷却塔是一种将循环水进行冷却的设备，按照冷却原理的不同， 可以分为空 气冷却式冷却塔和蒸发式冷却塔。 2.3.1 空气冷却式冷却塔 空冷塔是一种通过空气与水的接触， 利用空气的湿球或干球温度来冷却水

33、的 装置。 （1）根据循环水与空气的接触方式，空冷塔可分为三种：敞开式( 湿式)， 密闭式 ( 干式)和混合式 ( 干、湿式 ) 。 敞开式 ( 湿式) 空气冷却塔是指热水与空气直接接触、蒸发散热和传导散热同 时进行的敞开进行的敞开式循环供水系统，热水的热量由空气带出塔外。 密闭式 ( 干式) 空气冷却塔是指热水与空气不直接接触，热水的冷却是在空气 冷却器中实现的。干冷却塔中，水在管中流动，空气在管外流动，由于水不直接 和空气接触， 水和空气的传热为非接触传热，所以只有单纯传导散热； 冷却的极 限温度为空气的干球温度 11 。 湿式冷却塔的热交换效率高， 水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。这

34、种 塔由于造价低、冷效高而被普遍采用。缺点是有水的损失，包括蒸发损失、风吹 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 - 7 - 损失和排污损失 , 因此需要补充水。干式冷却塔散热效果不如湿式冷却塔，而造 价又比湿塔高，所以应用较少，只有极少数干旱地区采用。 干湿式空冷塔是指热水与空气进行干式冷却后再进行湿式冷却的构筑物。可 以在小负荷时使用干式冷却塔， 大负荷时干湿同时启用。 充分结合了干式和湿式 空冷塔的优点， 相互弥补缺点， 是一种干湿联合使用的高效系统。但由于其系统 复杂，投资高，较少采用。 （2）根据水与空气流动方向的不同，湿式空冷塔又分为逆流式、横流式与混 流式。 逆流塔是指热水从上

35、向下穿过填料，而空气从下向上流动穿过填料， 即热水 和空气的流动方向呈近乎180 o的冷却塔。 其优点有： A 进风口与出风口具有较大的高差，因而进出风不易短流， 能保证吸入空气的湿 球温度相对较低。 B 根据热交换的基本原理，逆流冷却塔在热交换效率上是最高的。 C 圆形逆流冷却塔的进风百叶可沿整个圆周布置，方形塔也可在四周布置， 因此 进风较为均匀，对冷却效果较好。 横流式冷却塔与逆流式不同的是热交换流程，其空气沿水平方向流动。 横流 塔热交换效率低于逆流塔，进风口与出风口的高度也比逆流塔小得多，易短流。 （3）根据是否设置风机， 空冷塔可分为自然通风机冷却塔和械通风冷却塔两 种形式。 自然

36、通风冷却塔是由塔进、 出口空气密度差异使塔内外产生的压差，空气源 源不断地流进塔内而无需通风机械提供动力，故称为自然通风。 为满足热水冷却 需要的空气流量，塔内，外要有足够的压差，但塔内、外空气密度差是有限的， 因此自然通风冷却塔必须建造一个高大的塔筒，其建造费用高，运行费用较低。 目前，1000MW 机组的冷却塔，一般高度均在160m 以上，对于气温高，湿度大的南 方地区，塔高已达到 185m-200m ，这就造成自然通风冷却塔的初期投资高，设计 难度大。 机力通风冷却塔的冷却机理与自然通风冷却塔是一样的，仅通风形式不同。 机力通风冷却塔依靠电动机、 风机的动力来满足冷却所需要的风量。而机力

37、通风 冷却塔以其初期投资低， 运行灵活的优势， 在各行业得到越来越多的应用。随着 机力通风冷却塔的发展，我国机力通风冷却塔的单台塔出力已达到了6000m 3/h 。 机力通风冷却塔的发展为大中型燃煤电厂冷却构筑物的选用提供了更多选择 12 。 无机风机冷却塔因以流体动能转换装置取代风，塔体出风口的结构是敞开式的， 排风速度比传统式冷却塔小60以上，再配合高效率的出风口五折挡水器，使排 第 2 章 冷却塔及冷却方式简介 - 8 - 出气流的带水量远远小于传统式冷却塔。其水的飞溅损失控制在0.001 一 0 009，比传统冷却塔低 90以上。而有风机冷却塔由于空气的流动速度较大， 会把部分水滴带出

38、来，在塔周围形成“毛毛雨”的情况，会影响周围环境。塔头 出口采用渐缩式设计， 排风速度高， 大量水滴被气流带出塔外， 因此水飞溅损失 大，并影响周围环境 ( 俗称下“毛毛雨 ) 。 图 2-2 自然通风冷却塔原理图 2.3.2 蒸发式冷却塔 蒸发式冷却塔在热交换原理上与空气冷却塔完全不同。当冷却水进入冷却塔 的盘管后，循环管道泵同时运行抽取集水池的水，经布水口均匀地喷淋在冷却盘 管表面，室外空气在冷却风机作用下送至塔内使喷淋在盘管表面的部分水发生蒸 发而带走热量， 空气温度较低时， 本身也可以和盘管内的水得到冷却。它的传热 是两个过程， 首先是空气与循环水的直接热湿交换，然后才是此循环水蒸发过

39、程 中与冷却水通过盘管进行间接式热， 这是一个利用蒸发冷却原理进行冷却的典型 例子。其具有如下优势： （1）冷却水为全封闭系统，对水质的保证性较好，不易被污染。 （2）室外气温较低时，可以把它变成一个蒸发冷却式制冷设备。但是，蒸 发式冷却塔电耗较大， 包括风机电耗和循环水泵电耗， 比其他形式的冷却塔电耗 钢筋混凝土塔筒 热水分配系统 填料 热水进口 圆环式基础 水池 热水上升管 对角式支柱 空气进口 收水器 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 - 9 - 要大得多且其进塔水压要求较高，要能克服塔内冷却盘管的阻力。 因此采用蒸发 式冷却塔时，应进行综合的比较。 2.4 冷却塔的使用情况 从我

40、国目前使用的各种形式的冷却塔来看，在干、 湿塔中以湿式冷却塔为主， 干式冷却塔使用得较少 , 主要因为它造价高，冷效低；在逆流式和横流式为辅； 在自然通风和机械通风冷却塔中，自然通风冷却塔单塔冷却水量现在已达 7000m 3/h 以上，机械通风冷却塔单塔冷却水量还在 5000m 3/h 以下。前者主要用在 火电厂，其他部门主要用机械通风冷却塔。 传统的循环水冷却方式通常采用湿式冷却塔，其设计是以湿球温度为基础， 采用敞开式系统； 而干冷却塔是一个密闭式的循环水系统，即循环水通过空冷器 中的盘管和散热翅片与空气进行热交换，达到循环水降温的目的， 其设计是以干 球温度为基础的。湿式冷却塔无论从技术

41、上还是从运行管理上都有很成熟的经 验，国内已普遍采用。但其缺点如下： (1) 冷却风机电耗大。 (2) 淋水噪音、冷却风机噪音较高。 (3) 冷却水量存在一定的损失，包括由于空气的吸湿带走的蒸发部分和由于 风机向上排风而吹出的部分，系统需要的补水量较大，不利于节水节能。 (4) 敞开式的布置方式，水与外界空气直接接触，水质较脏，存在水处理问 题。 (5) 在缺水干旱地区工，以及工业用高温领域不适合。这就促进了干泠塔的 发展。 干冷技术虽早已成熟， 但在国内由于种种条件的限制， 只是在近几年才得到 应用却相当广泛。该系统有以下优点： a. 由于循环水换热不直接与空气接触，故没有水的损耗， 没有补

42、水及水源的 问题。 b. 整个系统为密闭循环，水质得到保证，不需要水处理。 c. 干冷却塔不存在湿冷塔所具有的水雾气团现象，也不会发生淋水噪音减少 了对环境的污染，改善了空气的能见度。 d. 适用范围大，大中型发电厂、核电站及燃机电厂等均可采用这种干冷塔。 2.5 翅片热管干式空气冷却塔 热管是一种借助工质的相变进行传递的换热元件。典型的热管由管壳、吸 液芯和端盖组成， 热管的一端为蒸发段； 另一端为冷凝段， 根据应用需要在两段 第 2 章 冷却塔及冷却方式简介 - 10 - 中的液体蒸发汽化， 蒸汽在微小的压差下流向一端放出热量并凝结成液体，重新 被毛细芯吸收。 液体沿多孔材料靠毛细力的作用

43、流回蒸发段，如此循环不已， 从 而实现了热量从热管的一端传到另一端。在两相闭式热虹吸管( 又称重力热管 ) 中，壳体内壁无吸液芯结构， 只要求把凝结段置于蒸发段之上方，依靠重力回流 回工作液，其结构简单，制造成本低廉，而且传热性能优良，比典型热管具有较 高的传热极限，工作更加可靠。故重力热管在地面上的应用比吸液芯热管更广泛。 热管由于具有热传递速度快、热传递效率高、传递温差小、节能效果显著、结构 简单和易控制等特点，在空间技术、民用建设、暖通空调、医学、新能源开发、 化工、动力、冶金、玻璃、轻工、陶瓷等领域都有着广泛的应用 18 。 2.5.1 翅片热管干式空冷塔的应用 传统干冷塔中空气冷却盘

44、管的散热管束( 换热器 )为钢管铝翅片，水和空气不 直接接触， 所以只有单纯传导散热， 传热效率较低， 而将利用相变潜热高效导热 的翅片热管代替传统的钢管铝翅片换热管束，则大大提高了干冷塔的传热和冷却 效率，为干冷塔的推广使用奠定了基础。 翅片热管干式空冷塔的优点： (1)螺旋翅片热管于冷塔相对于传统干冷塔是一次革命，由于利用了热管工 质的相变传热，从而使得传热效率大大提高，解决了传统干冷塔的冷却问题。 (2)整个系统为密闭循环，故没有水的损耗和水质变差的现象，解决了湿式 塔补水和水处理的问题。 (3)由于水换热不直接与空气接触，不需要进行水的喷淋，故不存在淋水噪 音。 翅片热管干式空冷塔的缺

45、点： (1)为了强化传热，空气必须横掠螺旋翅片热管，因此必须要采用机械通风 系统，冷却风机的电耗噪音问题仍然没有解决。 (2)翅化后换热表面扩展使换热在得到提高的同时，流动阻力也大幅度提高， 这是以流动功的消耗为代价而获得换热的增强。因此螺旋翅片热管干冷塔的空气 侧流动阻力较大。 (3)当室外空气较脏时，多灰空气掠过热管时“肋片”间不可避免地出现积 灰堵塞的问题。 特别是对于垂直布置的圆翅片管，空气横掠管子， 无论怎样提高 流速，在翅片管的背部都会出现回流区，由于流速低，造成严重积灰。轻则使传 热量明显下降空气流动阻力增加， 重则使整个系统无法正常运行造成极为严重的 经济后果。必须定期清灰。

46、2.5.2 纵向翅片热管在干式空气冷却塔中的应用 东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 - 11 - 螺旋翅片热管用于干冷塔大大提高了传统干冷二项式塔的冷却效率，但是 由于空气必须横掠管束， 仍须采用机械通风系统强化传热，仍不可避免出现电耗 大、噪音高等弊端；并且其阻力较大，容易积灰的缺点也不容忽视；因而采用流 动生气勃勃性好的纵向翅片热管的想法应运而生。 纵向翅片管翅片沿管子轴向分布，由于其具有鳍形， 肋片具有平息气流旋涡 的性质，可获得良好的流动特性， 其流动阻力通常低于其他扩展表面换热器；又 由于采用扩展表面使换热得到强化， 较好地解决了强化传热与流动阻力增加的矛 盾。采用纵向翅片热管

47、， 可彻底避免积灰和阻力大的问题。纵向翅片管热管干冷 塔原理图如图 1所示。 图 2-3 纵向翅片热管冷却原理 纵向翅片热管干式空气冷却塔，主要由壳体、Y形纵向热管束的冷凝段装在 壳体内，蒸发段上装在箱体内， 抽风筒装在管束上方。 其中热管冷凝段上布满段 作为与空气进行热交换的换热面， 冷凝段上布满纵向翅片的目的是为了扩展换热 面积，有利于实现空气的自然对流，纵向冲刷翅片热管； 蒸发段作为与热液体进 行热交换的换热面， 由于热流体的给热系数很高， 此管段可为光管或根据需要加 设螺旋翅片， 从而使热流体横向冲刷热管；自然抽风筒装在热管管上方，目的是 为了增加空气自然对流速度，以增强传热效果。 系

48、统运行时，热流体从箱体中流过，横向冲刷Y形重力热管内工质汽化成为 蒸汽，蒸汽在微小的压差的作用下流向热管上半部分即冷凝另一方面，由于沿Y 形热管冷凝段管外轴向空气温度分布不均匀，在密度差产生的自然抽吸力作用 下，空气由 Y形管的两侧吸入自上而下地纵向掠过翅片热管，与冷凝管段内的蒸 冷却空气 抽风筒 冷却空气 纵向翅片热管放热面 冷却 空气 冷却水 热水 水箱 纵向翅片热管吸热面 第 2 章 冷却塔及冷却方式简介 - 12 - 汽进行热交换， 蒸汽凝结放热成为流体， 在重力作用下回流至蒸发段。 从而热流 体的热量就被蒸汽工质通过汽化吸热、液化放热的方式高效传递给了空气，达到 了空气对热流体的冷却

49、目的。 加抽风筒是为了增加空气的自然对流速度，以增强 传热效果，提高纵向翅热管干冷却效率 19 。 可见，除了具有螺旋翅片热管干冷塔的所有优点外，纵向翅片热管干冷塔最 大的优势在于： (1) 空气在密度差的作用下，通过自然对流的方式纵向掠过翅片热管进行换 热，取消了必不可少的冷却风机， 从而无需风机能耗， 也没有风机运转时的噪音。 (2)当室外空气较脏时，多灰空气纵掠热管不会产生积灰不会影响系统运 行，不需定期清灰。 (3)空气侧流动阻力大大低于螺旋翅片热管干冷塔。 2.6 冷却方式简介 电场中除了主设备之外， 辅助设备的性能和运行状况与火电机组运行的经济 性也息息相关。 作为重要的辅助设备， 循环水泵消耗了电厂 l -1.5 的发电量， 它的运行方式对厂用电量有很大影响。因此对其运行方式进行改善对降低厂用电 量、提高发电企业运行经济性有现实意义。 循环水系统一般由以下几部分组成：汽轮机、循环水管道、 凝汽器及冷却塔 系统。循环水系统有开式和闭式之分。其中开式循环水系统没有冷却塔，一般用 于离水源较近的电厂； 而闭式循环水系统设有冷却塔， 多用于供水紧张地区的电 厂。同时循环水系统又可分为母管制和单元制两种，其中，母管制循环水系统是 由几台循环水泵共用一根供水母管