冷却塔的冷却原理及影响冷却塔冷却性能的因素

冷却塔是火力发电厂必不可少的重要设备，冷却塔的作用是冷却带走汽轮机排汽热量的循环水，是火电厂整个循环过程的冷源，冷却塔的冷却性能优良直接影响着火电厂的经济运行，所以有必要对冷却塔进行研究分析。1、冷却塔的构造冷却塔塔体其内部结构由上至下为除水器、配水系统、喷嘴、淋水填料、水池组成，如图1-1.各组成部分作用为：1.1.1淋水填料淋水填料是热水在冷却塔内进行冷却的主要部件。需要冷却的热水经多次溅散成水滴或形成水膜，增加水与空气的接触面积和延长接触时间，促使热水与空气进行热交换，使水得到冷却。1.1.2配水系统配水系统的作用是将热水均匀地分配给喷嘴。热水分布是否均匀，对冷却效果影响很大。如水量分配不均匀，不仅直接降低水的冷却效果，也会造成部分冷却水滴飞溅而飘逸出塔外，增加水量损失。1.1.3通风筒通风筒的作用是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，把排出冷却塔的湿热空气送入高空，防止或减少湿热空气回流。1.1.4除水器将要排出塔外的湿空气中所携带的水滴，在塔内利用收水器把水滴与空气分离，减少逸出（飘失）水量的损失和对周围环境的影响。1.1.5喷嘴喷嘴的作用是将配水系统分配来的水均匀的喷淋在填料上。1.1.6水池水池的作用是保持一定的水量，维持整个循环冷却的用水量1.1.7塔体指冷却塔的外壳体，其作用是起到支撑、围护和组织合适的气流功能。1.1.8进水管进水管把热水输送到冷却塔的配水系统。图1-12、冷却塔工作原理水在冷却塔中进行冷却的过程中，把水形成很小的水滴或极薄的水膜，扩大水与空气的接触面积和延长接触时间，是加强水的蒸发汽化，带走水中的大量热量，所以水在冷却塔中冷却的过程是传导散热和蒸发散热的过程。水的蒸发散热从分子运动理论来说，水的表面蒸发是由分子热运动而引起的，分子的运动又是不规则的，各分子的运动速度大小不一样，波动范围很大。当水表面的某些水分子的动能是以克服水内部对它的内聚力时，这些水分子就从水面逸出，进入空气中，这就是蒸发。由于水中动能较大的水分子逸出，那么余下来的其他水分子的平均动能减小，水的温度也随之降低，使水得到冷却，这就是蒸发散热的主要原因。所以蒸发散热是水分子运动的结果。水的蒸发散热可以在沸腾时进行，也可以在低于沸点的温度下进行，而自然界中的蒸发散热大都是在低于沸点的温度下进行的蒸发。热水在冷却塔内的冷却是在低于沸点的情况下进行的蒸发散热现象。从水面逸出的水分子，相互之间可能进行碰撞，或者逸出去的水分子与空气中已有的水分子之间进行相互碰撞，那么又可能重新进入到水中。如果在单位时间内逸出水分子多于回到水面中的水分子，那么水就不断蒸发，水温也就不断地降低，水就得到冷却。水的表面蒸发因在水温低于沸点的情况下进行，这时，水和空气的相交面上存在着蒸气的压力差，一般认为水与空气的接触中，在其交界面处存在着一层极薄的饱和气层，称为水面饱和气层。水首先蒸发到饱和气层中去，然后扩散到空气中去。设水面饱和气层的温度为t1，水面的温度为tf,水滴越小或水膜越薄，那么t1与tf就越接近。设水面饱和气层的饱和水蒸汽分压力为p1，而远离水面的空气中，温度为t时（t为干球温度）水蒸气的分压力为p2，那么它们之间的分压力差为：△p=p1-p2这个△p就是水分子向空气中蒸发扩散的推动力，只要存在p1﹥p2（即△p为正值），那么水的表面一定产生蒸发，水一定会冷却，而与水面的温度tf是高于还是低于水面以上的空气温度t无关。如果说蒸发所消耗热量用H表示，那么在p1﹥p2的条件下，蒸发热量H总是由水面跑向空气，水中的热量总是减小的。为加快水的蒸发散热速度，在冷却塔内要采取以下两条措施：1.增加热水与空气之间的接触面积。接触面积越大，水分子逸出的机会越多，蒸发散热就越快。而水与空气的接触主要是在冷却塔内的淋水填料中进行，则一方面要求水在淋水填料中形成的水滴越小越好、水膜越薄越好；另一方面要求填料本身越薄越好，即填料的面积越大越好（填料越薄，总面积越大）。2.提高填料中水膜（或水滴）水面空气流动的速度，使从水面逸出的水蒸气分子迅速地扩散到冷却塔外部的空气中去，维持扩散的推动力为常数，就是不使△p降低下来。如果不迅速地排除逸出的水蒸气分子，就会使空气中的水蒸气分压力p2升高，使△p=p1-p2值变小（蒸发推动力减小），不利于蒸发。所以要保持一定的风量和风速。传导散热传导散热也称接触散热，有时也称接触传导散热。这种散热是指热水水面与空气直接接触时的传热过程，包括传导和对流两种传热形式。如水的温度与空气温度不一样，将会产生传热过程，当水温高于空气温度时，水就把热量传给空气，空气自身的温度就逐渐升高，使水面以上周围的空气内部的温度不均匀，这样冷空气与热空气之间就产生对流作用，对流的结果是使空气本身各点的温度达到一致，最后到水面温度与空气温度一致时传导散热停止。上述可见：传导和对流是同时发生的，总称为接触散热。从上述讨论可见：传导散热的推动力为温度差△T=tf-t（水面温度与空气温度差），温差越大，传热效果越好。只要tf﹥t，热量始终从水面传导给空气；反过来，当tf﹤t时，热量就从空气传导给水。汽轮机型号为C100/N125—13.24/535/535/0.245，是哈尔滨汽轮机厂生产的超高压、一次中间再热、双缸、单排汽、单轴、单抽结构，两台机组共用两座冷却水塔，冷却水塔为自然通风、风筒式、湿式、点滴薄膜式、逆流式、钢筋混凝土双曲线结构，淋水材料采用两层斜折波塑料填料，填料高1.0米。为减少循环水量的损失及水滴飘逸对周围环境的影响，冷却水塔内安装负荷材料收水器。冷却塔采用槽管配水方式。塔内设有一个钢筋混凝土进水竖井，两条压力进水管。冷却塔的参数淋水面积：2500m2塔高：75m进风口高度：5.0m塔零米直径：62.98m经过长期的运行观察，发现冷却塔出水水温与湿球温度在7℃以上，说明电厂两座冷却塔冷却效果不好，严重影响机组经济性。冷却塔出水水温升高1℃对机组经济性的影响见表2。表2出塔水温升高1℃的经济性变化项目机组容量（MW）2550125200350效率降低（%）0.4540.3810.310.3280.242煤耗增加［g/(kW·h)］1.941.521.0331.1070.738热耗增加［kJ/(kW·h)］56.8644.8430.2832.4421.63煤耗增加（t/a）34053690415501808由表可见出塔水温升高1℃，电厂机组效率将会降低0.31%，煤耗增加1.033g/(kW·h)，热耗增加30.28kJ/(kW·h)，每天煤耗将会增加904t，对冷却塔的性能进行研究分析是非常必要的。3.2.1喷嘴存在问题冷却塔采用的喷嘴为管-碟喷嘴，这种喷嘴由喷水管和溅水碟两部分组成，其缺点是会产生中空，即溅水碟附近水很少；另一个缺点是经过一段时间运行后，溅水碟位置易变动，形成与喷嘴不对中，致使喷溅效果大大降低。解决措施更换新型高效喷嘴，解决淋水不均问题。3.2.2淋水填料存在问题电厂冷却塔采用的填料为两层斜折波塑料填料，此种形式填料冷却效果较好，质量轻，是目前冷却塔普遍采用的填料。但经过长期的运行后，填料的波形纹处积聚了大量的泥垢，减少了换热面积与换热时间，同时增加了水塔的通风阻力，影响了水塔的工作性能。解决措施利用停塔期间，对填料进行高压水刷洗，清楚填料中的泥垢。3.2.3喷嘴布置存在问题电厂冷却塔内的喷嘴布置方式存在淋水死区，即会有部分填料上方没有水留下，间接使成冷却面积减少，造成冷却塔工作性能降低。解决措施优化喷嘴布置，喷嘴在平面上的排列成梅花形，方格形等，务必使喷出的水滴相互交叉不满平面。4、总结通过对冷却塔结构和工作原理的研究，初步分析出了电厂冷却塔冷却效果差的原因，并指出了解决问题的措施，为下一步水塔综合治理提供了方向。5、参考文献朱月海，循环冷却水，北京，中国建筑出版社郑体宽，热力发电场，北京，中国电力出版社电厂#1、#2机组运行规程电厂汽轮机运行日志