电厂冷却塔工作原理（凉水塔工作原理及维护）

一、冷却塔概述及分类

汽轮机凝汽器内蒸汽凝结放出大量的热量，一般要用冷却水来吸收。从江河湖海等天然水体中汲取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取凝结放热使水温升高，再排入江河湖海，这种冷却方式为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要冷却塔来冷却。

为了缓解工业用水的日益紧张和减少热污染，冷却塔成为火力发电厂二次循环供水方式或空气冷却方式不可少的冷却设备。在我国，近年来主要采用循环供水方式，因此，冷却塔的发展很快，并出现了以自然通风冷却塔为主的趋势。

冷却塔中水和空气的热交换方式之一是流过水表面的空气和水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传递给空气，用这种冷却方式的称为湿式冷却塔（简称湿塔）。

湿塔的热交换效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。但是，水因蒸发而造成损耗；蒸发又使循环冷却水含盐量增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐量较高的水；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。

在缺水地区，补充水有困难的情况下，只能采取干式冷却塔（简称干塔）。干塔中空气与水（或乏汽）的热交换，是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内的水或乏汽的热量传输给散热器外流动的空气的。干塔的热交换效率比湿塔低，冷却的极限温度为空气的干球温度。

二、自然通风逆流湿式冷却塔

自然通风逆流湿式冷却塔在我国的电力部门应用最多，这种塔形的通风筒常采用双曲线形，用钢筋混凝土浇制。塔筒采用双曲线外形不仅可以减少塔壳表面积节约材料，而且具有抗强风的优良力学性能，在风荷载作用下，壳体表面所产生的内力主要是压力、拉力和剪力，弯矩很小。

双曲线自然通风冷却塔，无论是湿冷塔还是空冷塔，一般均由两大部分组成：其一为双曲线薄壳通风筒及其支撑结构——人字支柱或X支柱和柱下环板基础，或倒T型基础；其二为散热器及其支撑结构或配水设施、淋水填料及其支撑结构，如下图：

冷却塔以大气作为冷却介质，冷却塔内两股流体，即水和空气混合使水冷却，部分水汽化放出蒸发潜热，并随空气一起将蒸发潜热带走。过程的结果使水达到冷却，冷却塔也就是这种将热量从一种物质传递给另外一种物质的装置。连续不断地来自生产装置的热水从塔顶进入，下落时水蒸发将热量传递给空气，湿热空气则排入大气，被冷却的水则返回生产装置循环使用。

整个传热过程涉及蒸发和对流传热两种原理，其中蒸发占主要地位。其传热速率随气水的界面面积、相对流速、接触时间以及冷却范围的增加而增加。空气——水界面面积可有冷却塔内的填料来调节，相对流速由风机大小决定，接触时间与塔的几何尺寸有关。

液体的蒸发冷却就是液体的自由表面与任何一种气体或者几种气体的混合物（空气）直接接触时，由于热交换和物质交换的共同作用，而使液体得到冷却。

这时，液体与气体由于接触及辐射作用而进行热交换。另外，由于液体表面蒸发，也使其消耗了一部分热量。

当液体蒸发冷却时，由于物理性质各不相同的几种过程共同作用，是液体的温度有所降低，这些过程是：

（1）接触散热，即借导热性和对流作用来传递。

（2）辐射热交换。

（3）液体的表面蒸发，即部分液体变为水蒸气带走了汽化潜热。

上述液体冷却的每一过程的作用强度，根据液体及气体的物理性质和参数而有所不同。在冷却设备中，水和空气是互相作用的介质。在一年的大部分时间内，表面蒸发起主要作用。

冷却塔的冷却能力是以被冷却过的水的温度与周围空气湿球温度的差来衡量的，湿球温度越低，水冷却后的温度也越低。冷水温度与湿球温度的接近程度与冷却塔的设计密切相关

三、冷却塔的运行管理和维护

（一）运行管理

1、循环水水质的监控

由于电厂循环水量很大，处理费用高，对水质的要求比其他系统要低，为保证电厂的稳定经济运行，对水质进行监控尤为必要。由于蒸发量的变化，应经常注意调整排污水量和补给水量，使其平衡并调整水质稳定的处理方式，使水的浓缩倍率稳定在同一水平上。这样做不仅保证循环水系统处于最佳状态，同时也达到节约用水，减少水处理费用的目的。

2、循环水水温的监控

为了使电厂始终维持在最佳运行状态，需要对循环水的水温进行严格控制。而直接影响循环水水温的因素有气象条件、循环水水量和凝汽量。凝汽量随负荷的变化和设备的运行状态而经常变化，如果循环水量不作相应调整，则冷却倍率和循环水的温度差在变化，而气象条件的变化则影响循环水的水温，循环水的温度又将影响到汽轮机的耗汽量和热效率。如果控制得当，则将使电厂的运行纳入良性循环。对循环水系统来说，应密切注意气象的变化，特别在夏季和冬季是至关重要的。

3、循环水水量的控制

循环水水量可以通过水泵的启、停，闸阀的控制，调整化冰管和旁路管的水量，采取分区运行方式等方式达到控制上塔水量的目的。夏季运行时，应关闭化冰管、旁路管的闸阀，全部开启循环水泵和水泵进、出口闸阀，塔内全部上水，以便保证最大的水量和最大的冷却面积投入使用。春秋季运行时，当停运一台循环水泵所能节省的厂用电大于循环水温低而增加汽轮机微增出力所得到的效益时，则可停用一台泵。在大多数情况下，仍以100%循环水量运行可以获得更高的效益。冬季运行时，一般可启动一台循环水泵，有60%循环水量上塔运行。当出现结冰情况时，应关闭塔心部分的淋水面积，以便加大外围的淋水密度。当气温偏低时，为防止结冰，可开启化冰管，为提高循环水水温，可开启旁路管使热水直接进入贮水池，利用较高温度的水防止结冰。

4、其他

定期巡视淋水装置，如遇有被泥沙、草叶等杂质淤积或堵塞情况，要及时疏通；贮水池出水口的栏栅也应及时清除杂物。

（二）冷却塔的维护

为保证冷却塔的正常运行并获得较好的冷却效率，除对冷却塔进行经常性的巡视检查和清理调整外，尚应进行定期维护管理，一般每年进行两次，在入夏和入冬前进行。

1、入夏前冷却塔的维护

在入夏前需要着重针对影响冷却效率的主要环节进行维修。

（1）检查淋水填料是否完整，如有堵塞或破损，应及时排除或更换。

（2）带水检查喷溅装置的喷淋情况，发现管道堵塞或喷溅不畅，要将有关部件拆下清洗或更换。

（3）清除覆盖在除水器上的杂物。

（4）检查旁路、化冰管是否有漏水情况，保证闸阀的严密性，进水管闸阀要保证全开，以保证100%循环水量上塔。

（5）清除贮水池内的漂浮物，保持出口栏栅的完整性和清洁性，并清除水塔附近的杂草。

（6）检修并标定温度计等测试仪表。

2、入冬前冷却塔的维护

冷却塔在冬季运行期间极易结冰，对填料及塔内结构造成破坏，因此，入冬前着重对防冰、化冰设施进行维修。为了获得较低的循环水温而又不结冰，就需要经常调整水量和运行方式。因此，对供水系统的控制部分，要确保其灵活可靠，凡需关闭的则要滴水不漏，凡需过水的则应畅通无阻。

（1）配水管、化冰管要保持畅通。

（2）对供水管、旁路管、化冰管的闸阀进行检修，要求做到关闭严密，开启灵活。

（3）淋水装置分区及塔内壁与填料之间的挡水板如有破损，应予以修补或更换，保持严密性，以防止停运区域因有水溅入而结冰。

（4）检修并标定所配置的气象仪表。