最新循环冷却塔Word格式文档下载.docx

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当流体量以体积表示时称为体积流量；

当流体量以质量表示时称为质量流量。

单位时间通过流管内某一横截面的流体的体积，称为该横截面的体积流量。

简称为流量，用Q来表示。

3.2冷却塔相关名词解释

3.21冷却塔

冷却塔是指水被输送到塔内，使水和空气之间进行热交换或热、质交换，达到降低水温的目的塔。

3.22湿式冷却塔：

湿式冷却塔中水和空气直接接触，热、质交换同时进行的冷却塔。

湿塔的热交换效率高，但是，水因蒸发而造成损耗大；

蒸发使循环冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐度较高的水，风吹也会造成水的损失。

这些水的亏损必须有足够的新水持续补充，因此，湿塔需要有补给水的水源。

3.23干式冷却塔

干式冷却塔中水和空气不直接接触，只有热交换的冷却塔。

在缺水地区，补充水有困难的情况下，只能采用干式冷却塔（简称干塔或空冷塔）。

干塔中空气与水的热交换是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内水的热量传输给散热器外流动的空气。

干塔的热交换效率比湿塔低。

3.24自然通风冷却塔

自然通风冷却塔是靠塔内外的空气密度差或自然风力形成的空气对流作用进行通风。

3.25机械通风冷却塔

机械通风冷却塔是靠机械强制通风的冷却塔。

3.26横流式冷却塔

横流式冷却塔的水流从塔上部垂直落下，空气水平流动通过淋水填料，气流与水流正交的冷却塔。

3.27逆流式冷却塔

逆流式冷却塔的水流在塔内垂直下淋，空气垂直流动通过淋水、填料,气流方向与水流方向相反的冷却塔。

冷却塔中，喷头和填料两部分的水气流动为一维的，而雨区部分的水气流动则是二维的。

3.28冷却塔配水系统

冷却塔配水系统指在冷却塔内槽、管和溅水喷头组成的水分配系统，将热水均匀分配到塔的整个淋水面积上，分配不均将影响冷却效率。

3.29槽式配水系统

槽式配水系统指由水槽和溅水喷头组成的水分配系统。

3.210管式配水系统

管式配水系统指由管和溅水喷头组成的水分配系统。

3.211管槽结合式配水系统

管槽结合式配水系统指由水槽和水管联合组成的水分配系统。

3.212溅水装置（喷嘴）

溅水装置（喷嘴）是冷却塔配水系统的部件。

通过它使水喷溅成细小水滴。

3.213冷却塔配水竖件

冷却塔配水竖件把进入冷却塔的循环水，输送并分配到配水系统中去的井式构筑物。

简称配水竖井。

3.214淋水面积

淋水面积是冷却塔内淋水填料层顶部的断面面积。

3.215淋水密度

淋水密度是单位时间通过每平方米淋水填料断面的水量。

3.216冷却水温差

冷却水温差是进入冷却设施的热水温度与冷却后水温度的差值。

3.217除水器

除水器是设置在冷却塔内，用来收集出塔气流中夹带的飘滴的装置。

3.218蒸发损失

蒸发损失指在冷却设施中，由于蒸发而损失的水量。

3.219风吹损失

风吹损失指在冷却设施中，以水滴形式被空气带走的水量。

3.220玻璃钢收水器

玻璃钢收水器是由玻璃钢片与ABS支架及螺杆组装而成。

3.221淋水填料

淋水填料是冷却塔热交换的场所。

3.223点滴式淋水材料

点滴式淋水材料能使水流被连续溅散成无数细小水滴的填料。

3.224薄膜式淋水材料

薄膜式淋水材料能使水流在填料表面形成连续薄水膜的填料。

3.3导电度

导电度指的是物质导通电流的能力。

导电度与水中离子总浓度、移动性、价数、相对浓度及水温等有关。

通常导电度愈高，表示水中电解质含量较多。

由于大部分盐类都可电离，因此导电度也可表示水中总溶解固体的多少。

3.4流体力学

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。

可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按应用范围分为水力学，空气动力学等等。

理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。

纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成，通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。

它包含速度v=（u,v,w）,压强,密度，粘度温度等变量，而这些都是位置（x,y,z）和时间t的函数。

通过质量守恒、能量守恒和动量守恒，以及热力学方程f（ρ,P,T）和介质的材料性质我们可以确定这些变量。

3.5浓缩倍率

浓缩倍率指对于一定浓度的水溶液而言，设其某种物质的含量为S0，经过蒸发以后其此物质的浓度变为S1，称S1/S0的值为此溶液在蒸发过程中的浓缩倍率。

浓缩倍率的物理意义：

是反映某水溶液蒸发能力强弱的物理量。

3.6冷却塔中的散热关系

在湿式冷却塔中，热水的温度高，流过水表面的空气的温度低，水将热量传给空气，由空气带走，散到大气中去，水向空气散热有三种形式①接触散热、②蒸发散热、③辐射散热。

冷却塔主要靠前两种散热，辐射散热量很小，可勿略不计。

3.7蒸发散热原理

蒸发散热通过物质交换，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。

水分子有着不同的能量，平均能量有水温决定，在水表面附近一部分动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此，水温降低，这就是蒸发散热，一般认为蒸发的水分子首先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律，可用下图表示此过程。

P〃v—水面薄饱和层的蒸汽压力Pa

Pv—湿空气中的水蒸汽分压力Pa

3.8冷却塔有效容积（m3、ft3）

下图为冷却塔冷却过程曲线图，上端之曲线为水的运转线，起始热水温度A点至冷水温度B点为止；

下端以斜线C-D为空气运转线，C点位置在相当于入风口湿球温度之热焓处，水与空气比（L/G）等于空气运转线C-D之斜率，D点表示出风口空气温度，斜率C-D之投影长度为冷却温度差，F点表示出风口空气之湿球温度。

积分值为冷却过程中产生之热传递单位数，其值等于图中之ABCD四点构成面积，此值等于冷却塔之特性值，其值随水与空气之比率而变化。

kaV/L=（L/G）n×

C

kaV/L：

冷却塔特性质

L/G：

水/空气比

C：

试验常数

N：

Ka：

填料容积

V：

填料体积

冷却塔曲线

3.9冷却塔性能参数

3.9.1冷却效能

热量是循环系统内所产生的负荷，它的单位为千卡/小时（Kcal/HR）计算公式如下：

热量=循环水流量×

冷幅×

比热系数

热量负荷和冷却水塔的效能是没有直接关系，所以无论冷却水塔的体积大小，当热量负荷和循环水流量不变而运作下，在理论上冷幅都是固定的。

3.9.2蒸发耗损量

当冷却回水和空气接触而产生作用，把其水温降时，部分水蒸发会引起冷却回水之损耗，而其损耗量和入塔空气的湿球温度及流量有关，以数学表达式作如下说明：

令：

进水温度为T1℃，出水温度为T2℃，湿球温度为Tw，则

*：

R=T1-T2（℃）------------

（1）

式中：

R：

冷却水的温度差，对单位水量即是冷却的热负荷或制冷量Kcal/h

对式

（1）可推论出水蒸发量的估算公式

*：

E=（R/600）×

100%------------

（2）

E----当温度下降R℃时的蒸发量，以总循环水量的百分比表示%，600-----考虑了各种散热因素之后确定之常数。

如：

R=37-32=5℃

则E=｛（5×

100）/600｝=0.83%总水量

或e=0.167%/1℃，即温差为1℃时的水蒸发量

A=T2-T1℃----------（3）

A-----逼近度，即出水温度（T2）逼近湿球温度的程度℃，按热交换器设计时冷端温度差取值的惯例，宜取A≥3℃（CTI推进A≥5oF即2.78℃）A<

不是做不到，而是不合理和不经济。

3.9.3漂水耗损量

漂水耗损量的大小是和冷却水塔（是否取用隔水设施），风扇性能（包括风量、风机及风扇叶角度的调整以及它们之间的配合等），水泵的匹配以及水塔的安装质量等因素有关，通常它的耗损量是很少的，大约在冷却器水总流量的0.2%以下。

3.9.4放空耗损量

由于冷却回水不断的蒸发而令其变化（使水质凝结）这凝结了的冷却回水能使整个循环系统内产生腐蚀作用及导致藻类生长，所以部分的冷却回水要定期排出，以便补充更新，而这排出的冷却回水量，就称为放空量。

通常此放空量控制在冷却回水总量的0.3%或由其所需要水质的优劣而定。

放空量B=E/（N-1）-C

B-----放空量（%，L/min）

E-----蒸发量（%，L/min）

N-----凝结量

C-----漂水量（%，L/min）

3.9.5补充量

上述提及的冷却塔回水耗损量要不断补充，而补充量的计算如下：

M=E+C+B

M-------补充量

E-------蒸发耗损量

C-------漂水耗损量

B------放空量

4系统的任务及作用

冷却塔的作用是为循环水系统提供充足的合格水源来冷却循环水，降低循环水温度，以达到冷却、凝结汽轮机排汽，提高真空度的目的。

冷却塔分类包括：

1）按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。

2）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。

3）按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔。

4）按用途分一般空调用冷却塔、工业用冷却塔、高温型冷却塔。

5）按噪声级别分为普通型冷却塔、低噪型冷却塔、超低噪型冷却塔、超静音型冷却塔。

6）其他如喷流式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔等。

5系统构成及流程

自然通风双曲线逆流湿式冷却塔是目前国内火电厂的主流塔型，因此我们主要以这种塔型为例做重点介绍。

这种塔型的通风筒常采用双曲线形，用钢筋混凝土浇筑，其高度已达170多米。

它主要由通风筒、配水系统、淋水装置（填料）、通风设备、收水器和集水池六个部分组成（如下图所示）。

热水由上水管道通过竖井送入热水分配系统，这种分配系统在平面上呈网状布置，分槽式布水、管式布水或槽管结合布水；

然后通过喷溅设备，将水洒到填料上；

经填料后成雨状落入蓄水池，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。

空气从进风口进入塔体．穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料（故称逆流式），通过收水器回收空气中的水滴后．再从塔街出口排出。

塔外冷空气进入冷却塔后，吸收由热水蒸发和接触散失的热量，温度增加，湿度变大，密度变小。

因此，收水器以上的空气经常是饱和或接近饱和状态；

塔外空气温度低、湿度小、密度大。

由于塔内、外空气密度差异，在进风口内外产生压差，致使塔外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。

循环冷却水在凝汽器中吸收热量，以维持凝汽器内必要的真空，在冷却塔内通过循环水与空气的热质交换，热量最终释放到周围大气环境中。

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。

填料断面气流速度一般为1.0～1.2m／s，比机械通风冷却塔气流速度要小，塔建造费用高，运行费用低，经济，因而被采用的愈来愈多了。

循环水至水塔除了有上中央竖井的管道外，另外还有一支路管道直接排入水塔，称其为直排管，当系统回水压力管道需要注水或竖井内的循环水放水时，可将该路电动门打开。

另外循环水泵运行但不具备上塔条件时，同样可以打开直排管电动门直接将循环水排塔池。

两个水塔中间有连通勾相连，连通勾中间装有闸板，用于水塔隔离检修时关闭。

正常运行时连通勾内闸板处于开启状态，平衡两塔塔池之间的液位差。

塔池和连通勾上各有一路至循环水泵房前池的水沟，为循环水泵入口提供充足的循环水，水沟入口及前池设有滤网，防止杂物进入循环水泵。

为保证水塔塔池的补水来源稳定，塔池通常会设有多路补水，一般包括：

城市综水、污水处理厂、深水井、临近的江水、湖泊等。

下图为循环水至水塔的流程图

6设备规范及运行参数

150MW机组自然塔设备规范

冷却面积

2500m2

冷却塔高度

84.5m

冷却水流量

18100t/h

冷却塔竖井高度

9.724m

分水槽高度

10.1m

水池内径

60.0m

池深

3.2m

进风口高度

5.4m

200MW机组自然塔设备规范

型式

双曲线逆流式自然通风冷却塔

高度

105m

淋水面积

4500m2

底层直径

φ90m

喉部直径

φ44m

顶部直径

φ48m

竖井高度

12.5m

竖井直径

中央φ2.5m边井φ2m

水池深度

2.5m

淋水高度

9.8m

喷嘴数

4140套

蒸发损失

372m3/h

循环水量

29400t/h

水池储水

10000t

配水方式

槽式

填料

S波

填料层高

1.0m

300MW机组自然塔设备规范

水塔型式

自然通风逆流式冷却塔

5500m2

水塔高度

115m

7.83m

设计循环水量

34000m3（单塔）

集水池深度

2.3m

集水池储水量

15200m3

蒸发损失（夏季供热/冬季纯凝）

476/210m3/h（单塔）

风吹损失（夏季供热/冬季纯凝）

34/21m3/h（单塔）

9.75m

塔池直径

98.374m

49.3m

塔顶直径

51.734

14.25m

内外竖井直径

3.5m/5m

主水槽顶标高

11.920m

设计进出水温度

夏季频率10％气象条件下，水塔出水温度为30.68℃

填料型式

填料材质

PVC填料

7设备结构及工作原理

7.1冷却水塔的工作原理

冷却水塔工作原理就是上述水蒸发热质交换的运用，即将热水喷洒在散热材表面与通过之移动空气相接触，此际热水与冷空气之间产生湿热之热交换作用，同时部分的热水被蒸发，也即蒸发水汽中其蒸发潜热被排放至空气中，最后经冷却后的水落入水槽内，然后再回到所需设备利用、循环。

根据热力学定律，热水经过冷却塔时，放出之热量相等空气由入口至出口时所吸收之热量。

L×

（t2-t1）=G×

（h2－h1）

L/G=（h2－h1）/（t2-t1）=e/R

其质量之传递可以下列公式表示：

G×

eg=ka（EI—eg）dv------

（1）

eg：

空气总质量热焓

k：

冷却塔单位面积之热惯流率系数

a：

常数

EI：

在一定水温时饱和空气热焓cal/kg（BTU/Ib）

L：

LPM（GPM）

T2：

热水温度

℃（°

F）

T1：

冷水温度

G：

风量

kg/min（1b/min）

H2：

出风口空气热焓

kcal/kgofdryair（BTU/1bofdryair）

H1：

入风口空气热焓

水/气比

E：

空气热焓差

水温度差

在实际中循环水在凝汽器中经过热交换后温度升高，通过上水管道、竖井到主水槽，分配到分水槽、配水槽，再由喷嘴喷洒，向下喷洒的高温水与向上流动低温空气相接触，产生接触传热，同时，还会因为水的蒸发产生蒸发传热，热水表面的水分子不断转化为水蒸气，在该过程中，从热水中吸收热量，使水得到冷却。

填料的作用是增大水与空气的接触面积，增长接触时间，故要求填料的亲水性强，通风阻力小。

除水器的作用是分离排出空气中的水滴，减少水量损失，消除飘滴对周围环境的影响。

空气从进风口进人塔体．穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料（故称逆流式），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量，温度增加，湿度变大，密度变小．而塔外空气温度低、湿度小、密度大。

由于塔内、外空气密度差异，在进风口内外产生压差，致使塔外空气源源不断地流进塔内。

7.2冷却水塔结构

自然通风冷却塔在英国最早使用，20世纪30年代以来在各国广泛应用，40年代在中国东北抚顺电厂、阜新电厂先后建成双曲线型冷却塔群。

冷却塔由通风筒、配水装置、淋水装置、除水器、及集水池等部分组成。

集水池多为在地面下约2米深的圆形水池。

塔身为有利于自然通风的双曲线形无肋无梁柱的薄壁空间结构，多用钢筋混凝土制造。

冷却塔通风筒包括下环梁、筒壁、塔顶刚性环3部分。

下环梁位于通风筒壳体的下端，风筒的自重及所承受的其他荷载都通过下环梁传递给斜支柱，再传到基础。

筒壁是冷却塔通风筒的主体部分，它是承受以风荷载为主的高耸薄壳结构，对风十分敏感。

其壳体的形状、壁厚，必须经过壳体优化计算和曲屈稳定来验算，是优化计算的重要内容。

塔顶刚性环位于壳体顶端，是筒壳在顶部的加强箍，它加强了壳体顶部的刚度和稳定性。

斜支柱为通风筒的支撑结构，主要承受自重、风荷载和温度应力。

斜支柱在空间是双向倾斜的，按其几何形状有“人”字形、“V”字形和“X”字形柱，截面通常有圆形、矩形、八边形等。

一般按双抛物线设计，基础主要承受斜支柱传来的全部荷载，按其结构形式分有环形基础（包括倒“T”型基础）和单独基础。

基础的沉降对壳体应力的分布影响较大、敏感性强。

故斜支柱和基础在冷却塔优化计算和设计中亦显得十分重要。

冷却塔高度一般为75～150米，底边直径65～120米。

塔内上部为风筒，筒壁第一节（下环梁）以下为配水槽和淋水装置，统制为淋水构架，多用PE或PVC材料制成。

塔底有一个蓄水池，但需根据蒸发量连续补水。

淋水装置是使水蒸发散热的主要设备。

运行时，水从配水槽向下流淋滴溅，空气从塔底侧面进入，与水充分接触后带着热量向上排出。

冷却过程以蒸发散热为主，一小部分为对流散热。

双曲线型冷却塔比水池式冷却构筑物占地面积小，布置紧凑，水量损失小，且冷却效果不受风力影响；

它又比机力通风冷却塔维护简便，节约电能；

但体形高大，施工复杂，造价较高。

7.2.1冷却水塔配水装置

自然通风逆流式冷却塔采用竖井将来自凝汽器的循环水送到配水高层，经过配水系统分布到整个配水层的断面上，由喷头将水洒填料。

冷却塔的配水系统主要有管式配水系统、槽式配系统、池式配水系统、槽管混合系统等以管式配水和槽式配水为主，前者优点是水流速度高、通风阻力小等，但是其对水质要求很高，后者相反。

目前槽式配水是国内主要的配水方式，但是近年来新建火电厂一般选用管式配水。

在采用多个竖井时很难保证各竖井水位在同一高度，所以现在冷却塔一般都采用一个竖井。

塔面积大时主水槽很长，槽中水面高程变化比较大，并且考虑到不同季节的运行要求，一般采用内、外分区配水的运行方式，夏季全塔配水（即内、外区均配水）运行，冬季仅外区配水运行。

水槽配水分布如下图所示，热的循环水由上水管道通过竖井送入热水分配系统。

这种分配系统在平面上呈网状布置、槽式布水。

喷嘴可以分为两类，一类是靠冲击力将成股的水扯成水滴;

另一类是旋转型的，靠离心力将水流扯开以管式配水系统为例，目前常选用的喷溅装置有:

TP-II型、反射型、RC型及多层流型（如下图所示），材质均为工程塑料，配水管喷头的布置主要有以下几种:

方阵布置、二角形布置、六角形布置（如下图所示），喷头的水流特性主要包括：

泄流能力、喷溅范围和喷溅的均匀性，喷溅装置的个数、布置方式以及水流特性是影响配水好坏的重要因索。

喷溅装置的主要型式

配水管的布置

冷却塔的运行受季节影响较大，一般采用分区配水，采用的主要配水型式有套筒式竖井配水、虹吸式竖井配水。

前者在冷却塔中央设有一个套筒式竖井，双孔压力沟或两根进塔水管分别连接内外竖井，塔外设闸门井小间，通过启闭进水管上的阀门来控制内外区的供水;

后者是冷却塔中央设有一个虹吸式竖井，经单孔压力沟或一根进塔水管往竖井供水，进水管上面不设闸门，在竖井上槽的进口采用虹吸方式，通过控制启闭旁路管上的阀门或者循环水泵开启台数，来改变竖井中的水位，在虹吸破坏阀的作用下，自动供给或者切断上层水槽供水，以实现全塔或外区配水。

对比两种配水型式，前者在运行中存在多种问题，比如控制不灵活、在实际运行中布水不均等，逐渐被后者所取代。

下面以邹县电厂冷却水塔做下简介。

冷却塔进水沟在东、西、南、北方向上设有四个竖井，每个竖井两侧有连接水槽，每个水槽有很多配水管，配水管上装有带淋水盘的喷嘴，淋水盘设在配水装置的下方，交错布置并采用波形板面，增大散热面积，配水装置上部有除水器，布满整个水平截面。

机组运行时，循环水在冷却塔内放热、空气吸热，受热后的空气比重小于塔外的空气，空气向上流动并有一定的风速，循环水在凝汽器中受热后，经压力排水管到冷却水塔进水沟，并沿各竖井流入水槽后，经配水管上的喷嘴喷出，均匀地流到淋水盘上，循环水沿波形淋水板流动时与空气进行热交换，冷却后的循环水落入集水池，由循泵打出送入凝汽器重复使用，冷却水蒸发的水蒸气及被带出的水珠经除水器时，沿除水器通道900转弯，除掉部分水后从冷却水塔顶部排入大气。

7.2.2冷却水塔启闭器

冷却水塔设