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冷却塔的冷却原理及影响冷却塔冷却性能的因素.doc

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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p1p2(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p1p2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

6、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

7、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tft,热量始终从水面传导给空气;反过来,当tft时,热

8、量就从空气传导给水。汽轮机型号为C100/N12513.24/535/535/0.245,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

9、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/(kWh)1.941.521.0331.1070.738热耗增加kJ/(kWh)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1.033 g/(kWh),热耗增加30.28 kJ/(kWh),每天煤耗将会增加904t,对

10、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

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