五问电厂冷却塔

冷却塔是将循环冷却水在其中喷淋,使之与空气直接接触,通过蒸发和对流把携带的热量散发到大气中去的冷却装置。冷却塔的作用是将挟带热量的冷却水在塔内与空气进行换热,使热量传输给空气并散入大气,冷却塔中水和空气的换热方式之一是,流过水表面的空气与水直接接触,通过接触传热和蒸发散热,把水中的热量传输给空气。用这种方式冷却的称为湿式冷却塔。缺水地区或在补充水有困难的情况下,也可采用干式冷却塔。干式冷却塔中空气与水的换热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。

发电厂首先要由锅炉燃烧产生蒸汽,然后送入到汽轮机,通过汽轮机的转动带动发电机发电。汽轮机的排气进入到一个叫凝汽器的冷端设备,凝结成水,由凝结水泵送往给水泵,再进入锅炉,这样就构成一个热力循环。发电厂就是依靠这个过程不断的循环发电。 发电厂冷却塔的作用就是利用从下往上流动的空气去冷却从上往下流动的水。 冷却后的水最主要的作用是送到凝汽器里把在蒸汽轮机中做过功的蒸汽冷凝成水再送回锅炉中去加热。 如果没有这个冷却塔蒸汽就无法冷凝成水再送回锅炉,发电厂的热力循环就无法建立,工质也无法回收。

冷却塔做成双曲线形的原因之一是为了提高冷却的效率,底部有最大的圆周,可以最大限度地进入冷空气,冷空气到达最细部位时,接触热水,这时首先由于管径变小,空气流速加快,可以尽快的带走热水中的热量,其次由于管径变小,冷空气的体积也受到压缩,故压力也有增加,而压力增加流体的含热能力会随之增加,于是在细腰部冷空气可以最大限度的吸收热水的热量从而使热水冷却。到了最上部,管径再次扩大,已携带了大量热量的空气由于速度减慢,压力减小,又将所含的热量释放出来形成白色的水蒸气。

另外一方面,修建双曲冷却塔也是出于对成本控制的考虑。冷却塔的单叶双曲面是一种直纹曲面,这一点可以形象化地简单的理解为把一根直线绕着与它异面的一个轴旋转,这个直线划过的曲面就是一个单叶双曲面。一个建筑如果采用单叶双曲面的造型,那么它的主体可以只由直的钢梁来建造。而生产直的大型钢梁成本远低于生产玩去的大型钢梁,同时安装和运输也更方便。这样既可以减少风的阻力,又可以用最少的材料来维持结构的完整性。

以华电邹县四期2×1000MW机组为例,其冷却塔采用逆流式双曲线自然通风冷却塔,冷却面积12000m2,塔高165m。在超大型冷却塔结构设计研究方面,需要针对具体工程有针对性地开展冷却塔结构选型、风工程特性研究、有限元对比分析、屈曲稳定分析、施工期稳定分析、塔筒几何非线性影响评价、塔芯超长构件设计等在内的一系列专题研究,这些研究成果是工程超大型冷却塔结构设计与施工的重要依据,也是未来电厂安全稳定运行的基础。

双曲冷却塔内部结构