冷卻塔基本知識

目錄

1、冷卻塔的作用/

2、冷卻塔的分類

3、各種冷卻塔簡述

4、冷卻塔的設計與測試

1、冷卻塔的作用 

　　工業生產或制冷工藝過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來導走。從江、河、湖、海等天然水體中吸取一定量的水作為冷卻水，冷卻工藝設備吸取廢熱使水溫升高，再排入江、河、湖、海，這種冷卻方式稱為直流冷卻。當不具備直流冷卻條件時，則需要用冷卻塔來冷卻。冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散**氣。

　　如圖 1 所示的火電廠為例，鍋爐回將水加熱成高溫高壓蒸汽；推動汽輪機（2）作功使發電機（3）發電。經汽輪機作功后的乏汽排入凝汽器（4），與冷卻水進行熱交換凝結成水，再用水泵打回鍋爐循環使用。這一熱力循環過程中；乏汽的廢熱在凝汽器中傳給了冷卻水，使水溫升高．挾帶廢熱的冷卻水，在冷卻塔（5）中將其熱量傳給空氣（6），從塔筒出口排**氣。在冷卻塔內冷卻過的水變為低溫水，水泵將其再送入凝汽器，循環使用。前一循環為鍋爐中水的循環，后一循環為冷卻水的循環、其他工業部門，如石油、化工、鋼鐵等，也廣泛使用冷卻塔。冷卻塔中水和空氣的熱交換方式之一是，流過水表面的空氣與水直接接觸，通過接觸傳熱和蒸發散熱，把水中的熱量傳輸給空氣．用這種冷卻方式的稱為濕式冷卻塔（簡稱濕塔）。濕塔的熱交換效率高，水被冷卻的極限溫度為空氣的濕球溫度．但是，水因蒸發而造成損耗；蒸發又依循環的冷卻水含鹽度增加，為了穩定水質，必須排掉一部分含鹽度較高的水；風吹也會造成水的損失。這些水的虧損必須有足夠的新水持續補充，因此，濕塔需要有補給水的水源。缺水地區，補充水有困難的情況下；只能采用干式冷卻塔（簡稱干塔或空冷塔）。干塔中空氣與水（也有空氣與乏汽）的熱交換；是通過由金屬管組成的散熱器表面傳熱，將管內的水或乏汽的熱量傳輸給散熱器外流動的空氣。干塔的熱交換效率比濕塔低，冷卻的極限溫度為空氣的干球溫度。

　　2、冷卻塔的分類

　　目前已經被淘汰的冷卻塔型這里不再介紹，現還在使用的塔型，分類如下。

　　A、按通風方式分

　　按通風方式分有：

　　自然通風冷卻塔 

　　機械通風冷卻塔 

　　混合通風冷卻塔。 

　　B、按熱水和空氣的接觸方式分

　　按熱水和空氣的接觸方式分有：

　　濕式冷卻塔；

　　干式冷卻塔；

　　干濕式冷卻塔。 

　　C、按熱水和空氣的流動方向分

　　按熱水和空氣的流動方向分有：

　　逆流式冷卻塔； 

　　橫流（交流）式冷卻塔； 

　　混流式冷卻塔。 

　　D、其他型式的冷卻塔

　　其他型式有噴流式冷卻塔和用轉盤提水冷卻的冷卻塔。

　　3、各種冷卻塔簡述 

　　自然通風逆流濕式冷卻塔 

　　自然通風逆流濕式冷卻塔在我國電力部門使用最多，見圖12。這種塔型的通風筒常采用雙曲線形，用鋼筋混凝土澆制其高度已達170多米。老式的塔筒平面上呈多角形、立面為錐形的，現在已經很少用了。

　　如圖所示，熱水由管道通過豎管（豎井）送人熱水分配系統。這種分配系統在平面上呈網狀布置，分槽式布水、管式布水或槽管結合布水；然后通過噴濺設備，將水灑到填料上；經填料后成雨狀落人蓄水池，冷卻后的水抽走重新使用．塔筒底部為進風口，用人字柱或交叉柱支承?？諝鈴倪M風口進人塔體．穿過填料下的雨區，和熱水流動成相反方向流過填料（故稱逆流式），通過收水器回收空氣中的水滴后．再從塔街出口排出．塔外冷空氣進人冷卻塔后，吸收由熱水蒸發和接觸散失的熱量，溫度增加，濕度變大，密度變?。虼?，收水器以上的空氣經常是飽和或接近飽和狀態；其溫度要通過計算確定，初步設計時，可取為冷卻塔進、出水溫的平均值。塔外空氣溫度低、濕度小、密度大。由于塔內、外空氣密度差異在進風口內外產生壓差。致使塔外空氣源源不斷地流進塔內而無需通風機械提供動力，故稱為自然通風。

　　為滿足熱水冷卻需要的空氣流量，塔內、外要有足夠的壓差，但塔內、外空氣密度差是有限的，因此自然通風冷卻塔必須建造一個高大的塔筒。填料斷面氣流速度一般為1.0～1.2m／s，比機械通風冷卻塔氣流速度要小。逆流方式冷卻效果高，但通氣阻力相對也大，所以填料體積小。填料有點滴式和薄膜式之分，現在大多采用薄膜式填料。

　　這種填料的特點是，水淋過填料時，水的表面積比較固定；在水量增大時其表面積沒有多大變化，所以其淋水密度不宜太大，一般采用6～8（t／（Mh））。在高溫、高濕地區，氣壓較低，形成同樣的過塔氣量，需要更高的塔簡，所以對建造這種塔不利。自然通風濕式冷卻塔建造費用高，運行費用低，隨著國際上石油價格的提高，機械運行費用相應增加，自然通風冷卻塔就顯得更經濟，因而被采用的愈來愈多了。

　　自然通風橫流濕式冷卻塔 

　　這種塔的填料設置在塔簡外，如圖3所示。熱水通過上水管，流人配水池，他底設布水孔，孔距約50CM，下連噴嘴，將熱水灑到填料上冷卻后，進入塔底水池，抽走重復使用。空氣從進風口水平向穿過填料，與水流方向正交，故稱橫流式或交流式。空氣出填料后，通過收水器，從塔街出口排出。在冷卻方式中；逆流式效率最高，順流式效率最差，橫流式居中。由于橫流冷卻方式效率比逆流式差，所以需要比逆流式大的填料體積，但通氣阻力較小，因此淋水密度可以加大到15～2Ot／（M?h）。橫流塔若采用薄膜式填料，則因耗材料太多而增加了塔的造價，所以現在多采用點滴式填料。使用點滴式填料的另一個好處是，淋水表面在大水量時有較大的增加，相應地提高了冷卻效果。這種塔的塔筒內是空的，氣流速度可以高一些，因此塔筒宜徑可以比同客量的逆流塔小，相應降低了造價。

　　這種增施工場地不互相干擾，有利于施工。運行管理方便，但防冰凍性能不如逆流培，總造價一般比逆流塔低，但運行費用高。

　　輔助通風冷卻塔 

　　囹4是一種自然通風和機械通風共同作用的冷卻塔在自然通風逆流式冷卻塔底部，加裝鼓風機以輔助塔簡通風。瑞舍吉-?考垂（R＿Cottrell）公司設計的這種塔，高度為同容量自然通風速流塔的1／2，底部直徑為其2／3，負荷小時可以不開風機。

　　英國因斯“B”（Ince B）電廠1000MW機組的輔助通風冷卻塔，見圖5，塔筒高116．4m，底部直徑93．5M，出口直徑53m，填料像橫流式冷卻塔一樣，放在塔簡外邊，35個軸流風機布置在塔簡和填料之間，風機直徑7．9m。填料高13m，進深6m。此塔冷效相當于3個同尺寸的自然通風冷卻塔，而造價較自然通風塔低15％，但加上30年運行費就不便宜了。

機力通風濕式冷卻塔 

　　機械通風濕式逆流冷卻塔分鼓風式和抽風式兩種。鼓風式塔從塔底部進風口用風機向塔內鼓風，現使用不多，其原理同抽風式，不再介紹。抽風式塔如圖6所示，較大型的機械通風逆流式冷卻塔,一般是多座（格）塔連成一排，每格塔成正方形或矩形，從兩面進風。只有在單個塔時才作成圓形，如一些較小型（水量小于 1000T／h）的玻璃鋼冷卻塔。

　　熱水通過上水管進入冷卻塔，通過槽式或管式配水系統，使熱水沿塔平面成網狀均勻分布，然后通過噴嘴，將熱水灑到填料上，穿過填料，成雨狀通過空氣分配區（雨區），落入塔底水池，變成冷卻后的水待重復使用?？諝鈴倪M風口進入塔內，穿過填料下的雨區、與熱水成相反方向（逆流）穿過填料、通過收水器、抽風機、從風筒排出。淋水密度一般為q=12～15t／（mh）。過大的淋水密度，尤其在使用薄膜式填料時，會引起阻塞現象、氣流阻力突然急劇增加。通過填料斷面的風速V=2．2～3．0M／S。風速也不宜太大，不然會帶來大的風吹損失及阻力。 2. 8M／s風速會將直徑0.5mm，相當于小斜雨的水滴吹走，薄膜式填料風速可以大一些，點滴式填料則風速應小一些。進風口面積和填料斷面面積之比取0．5～0．6為宜。

　機械進風橫流濕式冷卻塔 

　　機械通風橫流濕式冷卻塔（圖7）的主要原理和自然通風橫流式冷卻塔一樣，只是用風機來通風，因此風速可以高一些，一般填料斷面風速取v=2.2～3.0m／s。配水用盤式，為了保證水深比較均勻，配水盤可以分幾格，盤底打孔，裝噴嘴將熱水灑向填料，然后流人底部水池。淋水密度大者可達20—50t／（m?h）。填料傾斜安裝。以保證運行時水不灑到填料外。對點滴式填料，傾角用 9～11，薄膜式填料傾角用5～6。填料高度和深度比值取2～2.5。進風口安裝百葉窗、葉片面與水平夾角取45～60。

　　多風機混式冷卻塔 

　　多風機冷卻塔即一座塔上安裝多臺風機，如圖所示為一座多風機橫流式冷卻塔，也可以用于逆流式。塔平面形狀一般為圓形，也可以是長方形。其原理與單風機塔相同。這種塔的優點是，占地小，投資少，包括低的建筑費用及管理費用。風機之間對熱羽流有相互促進作用，因而羽流上升高度大、不易形成熱空氣向進風口回流。由于風機的互相干擾、總的抽風量減小。

　　干式冷卻塔 

　　干式冷卻難的熱水在散熱翅管內流動，靠與管外空氣的溫差，形成接觸傳熱而冷卻。所以干式冷卻塔的特點是：

　?、贈]有水的蒸發損失，也無風吹和排污損失，所以干式冷卻塔適合于缺水地區，如我國的北方地區。因為沒有蒸發，所以也沒有但空氣從冷卻塔出口排出所造成的污染。

　?、谒睦鋮s靠接觸傳熱，冷卻極限為空氣的干球溫度效率低，冷卻水溫高。

　?、坌枰罅康慕饘俟埽ㄤX管或鋼管），因此造價為同容量濕式塔的4～6倍。因干式冷卻塔有后兩點不利因素，所以在有條件的地區，應盡量采用濕塔。干塔可以用自然通風，也可以用機械通風。以火電廠常用的干式冷卻塔為例，分為間接冷卻和直接冷卻兩類。間接冷卻是指用冷卻塔中冷卻后的水，送往凝汽器中冷卻由汽輪機井出的乏汽。直接冷卻是指不用凝汽器，將汽輪機排出的乏汽，用管道引人冷卻塔直接冷卻，變為凝結水，用水泵送回鍋爐重復使用。

　　圖9所示為海勒（Heller）系統間接空冷干式自然通風冷卻塔。它的特點是使用噴射式凝汽器，汽輪機排出的乏汽與從冷卻塔來的冷水，在凝汽器內直接混合，因此端差很小。混合后的水，約2％送回鍋爐，其余的水送到冷卻塔冷卻。因冷卻水和鍋爐水為同一種水，所以對水質要求高。另外一個特點是，經冷卻塔冷卻后的水仍有較大的余壓，在送人凝汽器以前，先用小型水輪發電機口收能量。

　　圖9所示的散熱器放在塔簡的外邊，類似濕式橫流塔。散熱器也可以像濕式逆流塔一樣放在塔筒里面，但為了排走散熱器中的水，散熱器不是完全水平布置，而有一定的坡度。另外一種間接空冷塔，使用表面式凝汽器，乏汽和冷卻水互不相混。

　　散熱器用翅片管或螺紋管，材質為鋼或鋁。管斷面為橢圓形或圓形。

　　直接空冷塔如圖10所示。從汽輪機排出的乏汽，通過管道直接送入冷卻塔內的散熱管，用風機通風冷卻成凝結水，不要凝汽器，所以稱直接空冷。因為是將蒸汽直接送人散熱管，而不像間接空冷送人冷卻塔的是熱水、因蒸汽體積比水大得多，所以送汽管特別粗，直徑約為間接空冷的三倍多。另外，輸汽管道不能漏汽，不然就會直接影響汽輪機真空，降低出力。

干濕式冷卻塔 

　　這種塔為濕式塔和干式塔的結合，如圖11所示，干部 在上、濕部在下。也有的塔四面進風，相對兩邊為濕部；另外兩邊為干部。采用這種塔的目的，部分是為了省水，但大多數是為了消除從塔出口排出的飽和空氣的凝結，因而造成塔周圍的污染。圖12為德國某電站的干濕式冷卻塔。

　　如圖11所示，從塔下部濕段排出的濕空氣，在同塔周圍的冷空氣接觸后，即變成過飽和的空氣而凝結，形成霧，造成污染。如果像圖中那樣，塔上部用干段，則由塔下部濕段排出的飽和濕空氣，流經干段時，會被加熱而變成不飽和的空氣，因而出塔后不會凝結。

　　如圖13所示為干濕式塔的排放空氣狀態變化情況的示例。圖中彎曲線為相對濕度。①為塔周圍大氣狀態。

　?、跒闈袼r，從塔出口排出的濕空氣狀態，由于過飽和，水蒸氣凝結形成霧。

　?、蹫楦蓾袷剿?，濕段出口的空氣狀態。

　?、転楦啥魏蟮目諝鉅顟B。

　　可以看出，從①變到④時，空氣含濕量不變，只是溫度升高。然后與從溫段來的空氣混合，變為狀態⑤，從塔出口排出。相對周圍空氣狀態。⑤點空氣狀態處在非飽和區，所以從干濕式塔排出的濕空氣不會結霧，這就是加干段的作用。干段水量一般為總水量的20％～25％。

　噴射型的冷卻塔 

　　圖14為一種噴流式冷卻塔。為美國貝爾其莫爾?艾爾科伊爾（Baitore Airced）公司所設計。熱水通過壓力噴嘴噴向塔內，成為散開的噴流體，同時將大量空氣帶入塔內，熱水通過蒸發和接觸傳熱將熱量傳給空氣，冷卻后的水落人集水池，空氣通過收水器后排出。這種塔不用填料和風機，因而沒有風機噪聲。處理水量可從每小時幾噸到幾百噸。

5、冷卻塔的設計與測試

冷卻塔是工業生產的輔助設備，是為工藝設備服務的。這就決定了冷卻塔的大小、型式及部件的組成必須適應水系統的要求和特點，也只有這樣，設計出的冷卻塔才有其經濟及運行的合理性。

冷卻塔服務的工藝設備各行業有所不同，現在從工藝設備的差異來看冷卻塔的合理變化。民用冷卻塔所服務的對象都是制冷機，它要求冷卻塔的水溫是相同的，即：進塔水溫37℃，出塔水溫32℃。所不同的是：制冷機的容量不同，不同的容量配不同大小水量的冷卻塔，民用塔的冷卻水量與其它工業冷卻水量相比較小。這就決定了民用塔可以做成標準型塔，為提高效益，民用塔的適用氣溫分成了兩個檔次，即：南方設計氣溫按濕球溫度為28℃；北方按濕球溫度為27℃。

電力行業的工藝設備都是汽輪機，它對冷卻塔的水溫要求都是按夏季90%保證率時，出塔水溫不超出33℃，水溫差因地因機組有所不同。與民用塔相比它的冷卻水量大的多，這就決定了不同的發電機組配套不同大小的冷卻塔，同一機組在不同地理位置配的冷卻塔的大小也應不同。以常用的200MW機為例，其冷卻水量為36000t/h左右，在北京地區(濕球溫度為：24.4℃)配4500平方米自然通風冷卻塔。同樣的機組在山西的大同(濕球溫度為：19.0℃)需配用塔的淋水面積僅需3000平方米。山西和北京都地處北方，若僅按民用塔的劃分標準，大同就要多投入1500平方米的冷卻塔投資。

而冶金、石油、石油化工以及其它工業領域的工藝設備千差萬別，其不僅對水溫的要求差別較大，而所需冷卻水量的大小也都各不一樣。

因此，只有針對不同的工藝系統特點，進行該系統的冷卻塔的量體裁衣式的非標設計，哪怕是個別部件的非標設計才是合理的、經濟的。

上述情況是從不同的工藝系統來認識冷卻塔非標設計的必要性的，另一方面結合我國的國情，新建項目減少，改造項目卻增多，這時地皮的占用的多少也越來越被重視。有許多工程項目的冷卻塔在總圖上不易找到位置，對于這種情況，冷卻塔必須服從總圖的要求，同時還要完成冷卻任務。這種情況下，冷卻塔必須根據現埸的地形進行非標設計來滿足工藝和地形的要求。

冷卻塔的工藝設計關鍵是緊抓主要矛盾 近年來大家都較注重冷卻塔填料的高效質輕，因此，塑料淋水填料有較大的發展，很多單位開發出了多種不同的塑料淋水填料，一種比一種散熱效果好。在冷卻塔的設計時，設計人員都選用熱力特性高的淋水填料，而其它一些散熱性能差的塑料或其它材質的淋水填料受到了冷落。這種作法是對的，但不全面，而在有些情況下是錯誤的。

冷卻塔整塔設計：根據工程的工期、水量、水溫、埸地條件及水質情況，在塔的總體設計上需要作如下的考慮：

A、冷卻塔的基本結構采用砼結構放置在地面上，這樣塔的基本結構比較穩固結實并且維護方便。

B、冷卻塔的配水誼采用槽管結合的方式，這樣可以減小冷卻塔的塔內進風阻力，使風機的效能發揮更好，因而整塔冷效提高。

C、風機直徑要有所增大，從而改善塔內的風速分布情況，提高了塔的冷效。

D、由于有以上總體設計的幾方面改進，塔的平面尺寸比常用的風機直徑的砼塔有所減小。這樣節省了占地同時減小了造價。

爐體水系統冷卻塔塔芯設計

爐體水系統的特點是：爐體水系統為凈水系統，水質相對較好，另一方面，水溫的要求比較高。

根據這個特點塔的填料、淋水及收水作如下選擇。這個水系統的主要矛盾是散熱。

A、填料：填料采用質輕高效的PVC填料。這種填料的熱力阻力綜合性能好，它的結構剛度也強。常期使用可以不變型，從而能長期保持其性能。

B、噴頭：選用多層流噴頭。目前常用的噴頭是反射三型噴頭，該噴頭的配水比較均勻，但它的缺點是下面的濺水盤易掉，造成配水不均。故需對反射三型噴頭進行改進，研制多層流噴頭。

C、收水器：選用常用的波160-45填料。

水沖渣水系統冷卻塔塔芯設計：水沖渣系統的冷卻水特點：熱水溫度高達70℃、水質是有鐵渣的濁水。這個水系統主要矛盾是水溫高，而出塔水溫要求低。

冷卻塔的測試目的:冷卻塔的測試目的有兩個，一是考核冷卻塔是否達到設計能力，是反應供貨商對用戶是否提供了性能合格的冷卻塔，稱為考核測試；二是通過測試得到塔的熱力特性，積累實測資料，服務設計，提高設計水平，稱為性能測試。

冷卻塔測試的幾個必須測試參數:無論是冷卻塔的考核測試還是冷卻塔的性能測試以下參數是必須測試的:冷卻塔的水量、進塔空氣的干濕球溫度、大氣壓、進出塔的水溫。

測試上述幾個參數一般可以回答，冷卻塔能否達到設計能力。隨著冷卻塔技術的不斷完善，冷卻塔的供貨商應能提供精度相對較高的冷卻塔運行曲線簇。通過測試上述幾個參數與運行曲線作比較，即可回答冷卻塔是否達到設計要求。