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20112012热能与动力工程传热学论文工程传热学论文冷却水塔研究与分析作者：姜霖摘 要：火电厂冷却水塔一直以来都令笔者十分着迷，本文结合课堂讲述冷却水塔时所记笔记，参考课件和有关论文，首先阐述了冷却水塔的作用和循环水系统；其次对比了冷却塔按热水和空气的流动方向的分类；而后解释了水塔中影响传热效果的主要因素；最后分析了冷却水塔采用双曲线型的原因。关键词：循环水；逆流塔；横流塔；传热效果引言 冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接） 来冷却水的设备，主要用于电厂，或大型生产厂区。需冷却的水在水塔顶部通过管道向下喷洒，另外水塔壁有吹风机，把空气吹入，而顶部有一个很大的抽风机，把空气抽出塔顶，从而利于气流流动，加速水的降温。在喷洒管道上方和下方都有曲折镂空的PVC胶做的散热板隔开，以增加水滴的散热时间。 1 冷却水塔的作用和循环水系统1.1 冷却水塔的作用 火力发电厂一般都由水经加热后，产生高压气体推动汽轮机发电，而剩余的气体需冷却，其工作原理是：电厂的冷却塔上的水是用泵打上去,经过布水器将水均匀地散开落下来,一般情况下冷却塔高度为几十米,象个巨大的烟囱,能将空气从下面抽上去,在空气和水滴接触的过程中将热量带走,从而起到冷却水的作用。1.2 循环水系统 1.5.1 开式供水开式供水，是指以江河湖海为天然水源,冷却水一次通过，不重复使用。若厂区地势较水源水位高，而水源水位的涨落幅度又较大时，往往将循环水泵装设在水泵房内。为避免由电厂排出的热水重新进入吸水口，排水口应设在水流下游，且离吸水口有足够距离。开式供水方式的主要优点是冷却水进水温度较低,有利于机组的经济运行，而且系统简单，投资较低。因此，只要水源在枯水季节时的水流量仍能达到发电厂耗水量的3-4倍，水质又符合要求，则应首选开式供水方式。但若天然水源并不十分充足时，应妥善考虑防“热污染”问题，即由于大量余热集中地排入水源的某一段，以致影响附近水域中许多生物的正常繁殖和生长，从而造成自然界生态平衡的破坏。 1.5.2 闭式供水闭式供水方式，是把由凝汽器排出的水，经过冷却降温之后，再用循环水泵送回凝汽器入口重复使用。对于天然水源的水量不充足，或水源的季节性水流量差距很大的情况，闭式供水往往是必要的。有时，电厂同时设置开式供水及闭式供水两套系统，互为补充。闭式供水的一种基本方式是采用冷却水塔循环供水系统，由凝汽器中排出的冷却水在循环水泵的驱动下，送至冷却水塔内具有一定高度的配水槽中，然后落至若干溅水盘上，将冷却水分散成许多细小的水滴或形成水膜。由于通风塔的塔身有相当高度，能起到良好的自然通风作用，致使塔周围冷空气得以从塔底部进入通风塔，并向上升，在上升过程中冷空气与下降的水滴或水膜接触，水被冷却后落入贮水池内，再由循环水泵送回凝汽器重复使用。冷却水塔系统冷却效果受自然条件影响较小，运行比较稳定；占地面积也比较小；本系统的主要缺点是双曲线型通风塔造价昂贵。 2 冷却塔按热水和空气的流动方向的分类2.1 逆流塔 水在塔内填料中，水自上而下，空气自下而上，两者流向相反一种冷却塔；逆流冷却塔热力性能好、分三个冷却段： 布水器到填料顶这一空间，此段的水温较高，所以仍可将热量传给空气； 填料水与空气热交换段；填料至集水池空间淋水段，水在此段被冷却称之为“尾效”。在我国北 方水温可下降1-2。 配水系统不易堵塞、淋水填料保持清洁不易老化、湿气回流小、防冻化 冰措施更容易。多台可组合设计，冬季以所需的水温水量可合并单台运行或全部 停开风机。 施工安装检修容易、费用低，常用在空调和工业大、中型冷却循环水中。 2.2 横流塔 水在塔内填料中，水自上而下，空气自塔外水平流向塔内两者流向呈垂直正交一种冷却塔。常用在噪声要求严格的居民区内，是空调界使用较多的冷却循环塔。优点：节能、水压低、风阻小、亦配置低速电机、无滴水噪声和风动噪声，填料和配水系统检修方便。 可随建筑形状随意构筑基础多台放置，根据所需的水温分别启动单台或多台冷却塔。 应注意的是：框架要多40热交换时要有较多的填料体积，填料易老化、配水孔易堵塞、防结冰不 好、湿气回流大。横流塔的优点正是逆流塔的缺点。但是逆流塔比横流塔在相同的情况下，填料体积小20 左右，逆流塔热交换过程更合理冷效高。2.3 混流式冷却塔3 影响传热效果的主要因素冷却水塔中，水在填料中形成水膜或水滴，在与空气直接接触的过程，同时发生热和质的传递；热传是由于水与空气的温差，而质传是由于水的表面蒸发形成的水蒸汽不断地向空气中扩散，同时把水汽化潜热带入空气，在热量和质量的传递过程中，水冷却的过程叫做蒸发冷却过程，因此水在蒸发冷却过程中所散发的热量是由两部分所组成，即接触散热（传导和对流）和蒸发散热。使用冷却塔目的是达到一定的降温效果，其主要取决于散热片、风机风量、冷却塔使用水量，以及良好的通风条件，安装位置也有一定的影响。 散热片：是冷却塔的关键部件，小型塔一般采用PVC片材热压或热吸式， 大型塔会采用木材，主要目的使空气与水的接触面在不影响风阻时，越大越好，同时热交换率也达到最大，散热片影响传热的效果的两个参数，主要是散热片形状和高度，在进行水塔安装，尽量不要损坏散热片，以免散热片水流不畅。 风机风量：其主要加速塔中空气流动，加速空气与水的热交换，带走热量。 影响风机风量主要是风叶形状即风叶宽长度和本身偏角，风叶转速、安装角度、转速与电机及传动比等。另外，在风量一定的情况下，同种类型塔，冷却水量小 的比冷却水量大的冷却效果要好些。4 冷却水塔做成双曲线式原因分析 冷却水塔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，塔高一般为75110米，底边直径65100米。旋转单叶双曲线型冷却塔对流快散热效果好，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。参考文献：1 杨世铭;陶文铨 传热学M.4版.北京：高等教育出版社,20062 戴振会;孙奉仲;王宏国 火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价