冷却水塔是发电厂的主要组成部分，它的合理、可靠投入对汽轮发电机组安全、经济运行有着至关重要的作用。另外机组运行循环水泵的耗电量约点机组发电量的1.5%，运行费用很高。因此，冷却水塔的优化分析和论证已成为该领域的一个非常关键的研究课题。 一、冷却水塔的作用
通常情况下，冷却塔主要是使挟带废热的冷却水与空气进行热交换，进而使废热在大气中散发。热力循环过程主要有：水通过锅炉加热成高温高压蒸汽，进而使汽轮机开始作业，进一步推动发电机发电。此外，经汽轮机作业后的排入凝汽器中的废气与冷却水进行热交换，最终，然后通过水泵将凝结成的水打回锅炉进行循环使用。在这一过程中，冷却塔将挟带废热的冷却水的热量从塔筒出口排放到大气中。
二、发电厂冷却水塔的发展概况1912年，荷兰某一个矿上诞生了世界第一座简单的自然通风冷却塔。第二次世界大战后，随着世界格局的变化和工业的发展，冷却塔在各工业国家得到了发展，特别是美国。但是，
由于受各种条件的制约，冷却塔主要采用机械通风。
自20世纪70年代起，武际可教授等人通过薄壳有矩理论对冷却塔结构进行分析，最终研究开发了一系列用于风载、自重、温度作用下的冷却塔静力结构分析程序等。随工业的的发展相继出现了大型冷却塔。
三、冷却水塔的分类
一般来讲，按通风方式主要分为三种：一是自然通风式；二是机械通风式；三是混合通风式。
由于水和空气流动方向不同，自然通风冷却塔主要分为两种：一是横流式自然通风冷却塔；二是逆流式自然通风冷却塔。其中，所谓横流式自然通风冷却塔，是指空气横向流过下落的水，填料位于塔的外部。逆流式自然通风冷却塔空气自下而上流过下落的水，因此填料位于塔内部。 按水和空气接触分为：
湿工冷却塔：水和空气直接接触，热、质交换同时进行的冷却塔。
干式冷却塔：水和空气不直接接触，只有热交换的冷却塔。干塔中空气与水经
由金属管组成的散热器表面进行热交换，最终将管内水的热量排放到大气中。
一般情况下，在常规逆流式自然通风冷却塔中，挟带废热的冷却水在进入塔内热水分配系统后，通过配水管和喷溅装置后会将水洒到填料上，再呈雨状跌落至下部集水池，最后进入回锅炉被重新使用。
对于循环水泵房及系统运行来说，采用常规自然通风冷却塔方案，冷却塔水池水面面积大，水体容积也很大，当补水系统故障时，可采用降水位方式维持一定时间的运行，因而具有充分的故障排除时间。常规塔的冷却水经填料自由跌落的高度（即雨区）较大，导致常规塔供水高度较高，故循环水泵扬程较高、功率较大。对于常规逆流式自然通风冷却塔，由于风
文/何潇钟雪周
摘要：文章简述冷却水塔的作用、发展历程与分类，分别从工艺布置、功能及其循环水系统配置、运行、投资等方面对常规自然冷却塔和高位收水塔的概况进行了说明，并介绍了高位收水冷却塔的一些技术性能。
水塔
关键词：冷却水塔；常规自然冷却塔；高位收水冷却塔；节能；冷却效果
图1常规冷却塔的循环供水系统示意图
机械与电气安全
64银钟花
2018
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中
速影响以及水池的消能作用，通过填料后的水流自由跌落（即雨区）至集水池所产生的动能被全部损耗，同时产生很大的噪音。冷却塔面积越大，雨区越高，能量损耗越大，产生的噪声越大。大型常规自然通风冷却塔的进风口处的噪声均接近82～86dB A
。五、高位收水冷却塔概况
相较于常规水塔，高位收水塔配有高位收水装置，可以将冷却后的循环水截留汇入集水槽至循环水泵
33链
房进水间，后送回主厂房循环冷却使用。因此，高位收水塔没有设置混凝土集水池及雨区。此外，由于高位集水槽水面到填料底部的高差较小，高位收水冷却塔所损失的能量也较小。再加上高位收水塔自由跌落区均在塔的筒壁之内，且自由跌落高度远小于常规自然塔，其相应产生的噪声也更小。
高位收水冷却塔增加了高位收水设施，如收水斜板便阻挡了部分进风面积，且相应地增加了一定的进
风通风阻力。但由于高位塔无雨区减少了雨区通风阻力，且高位收水塔的进风口高度一般比常规塔要高些，故高位塔总阻力较常规塔小，另一方面，由于取消了雨区，致使原有的尾冷效果减小。
对于循环水泵房及系统运行来说高位收水冷却塔取消了塔下水池，其系统水体容积小，对补水系统的可靠性要求较高，运
行管理相对复杂。
（一）高位收水塔及其循环水系统的特点
与采用常规冷却塔及其循环水系统相比，采用高位收水冷却塔及其循环水系统在工艺布置、功能及其循环水系统配
置、运行、投资等方面主要有以下特点：
古代蹴鞠用什么做的第一，采用收水斜板和收水槽等高位收水装置。将收水装置安装于进风口与填料之间，高度约3m ，其他配水系统、除水器布置等与常规冷却塔一致。集水槽与常规自然塔底部集水池有很大差别，后者为水面大、水深浅的宽浅型水池，而高位收水塔集水槽恰恰相反，是水面很小，
水深很深的窄深型水池。
第二，采用吊装技术。由于采用高位收水装置，配水管、填料、收水斜板、收水槽等也都对安装提出了更高的要求。考虑其荷载较大，对吊装材料的可靠性要求非常高。为尽可能降低塔芯高度，高位收水塔通常采用吊装技术。
第三，与常规塔相比，在冷却效果相同的情况下，高位收水塔的进风口高度增加，且填料层位置上移后会使淋水面积有所减少。
（二）高位收水塔功能特点
1.节能
通常情况下，高位收水塔的供水扬程主要分为竖井水位与集水池水位差。就冷却效果而言，高位收水塔与常规塔的扬程差异主要是自由跌落高度方面的差异。作为一种节能型冷却塔，高位收水塔主要减少了常规自然塔雨区自由跌落的高度。由于自由跌落产生的动能被完全损耗，自由跌落区减少的高度与循环水泵减少的净扬程相等。然而，在几何扬程方面，与常规塔相比，机组容量越大，高位收水塔节约的扬程就越多，即高位收水塔更具有节能性。
（图4）2.低噪声
据相关试验证明：一般情况下，就大型常规自然通风冷却塔来说，其最为显著的噪声源为进风口处的
噪声均接近82～86dB A 。在整个运动过程中，从高空下落的冷却水的势能在重力的作用下转化为动能，并在与集水池中的水撞击过程中产生淋水噪声，并且水的自由跌落高度与产生的噪声成正相关关系。然而，与常规自然塔自由跌落高度相比，高位收水塔自由跌落高度相对较低，且自由跌落区均在塔的筒壁之内，通常可降低约8～10分贝。
因
图2高位收水冷却塔的循环供水系统示意图
图3
高位收水装置图
图4常规性冷却塔与高位收水冷却塔节约压头情况示意
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此，高位收水塔产生的噪声排放非常低。
3.综合换热性能更优
通常情况下，淋水填料区域作为冷却塔换热的主要区域在全塔换热过程中发挥了重要作用。与常规塔相比，高位收水冷却塔的雨区阻力减少。此外，
其换热能力也减少约3％，这主要是因为高位收水设施的安装和收水斜板的设置。因此，在设计高位塔时，为提高塔内风速和冷却塔换热效果，一般要选择合适的进风口高度。与此同时，应改善冷却塔的冷却效率，保证塔内进风更均匀，进而使中心区域与外圈进风温度基本一致。综合比较来看，相同塔型参数（塔总高度、零米直径、出口直径、喉部直径和高度均相同）的高位收水塔出水水温较常规塔低0.3～0.4℃（相同填料时）。
（三）循环水系统配置及布置特点
节能作为高位收水冷却塔设置的核心与目的，就是要最大限度地减少雨区自由跌落的高度，进而保证集水槽的高水位运行。具体来说，高位收水冷却塔的循环水系统主要包括水泵扬程低、泵房进水间高水位布置等。
六、高位收水技术的性能分析
垃圾焚烧（一）配风配水的均匀性显著改善
流量生成
在配水系统和填料系统的布置方面，高位收水冷却塔与常规冷却塔相同。因此，高位收水冷却塔可直
接使用常规冷却塔塔芯布置成果。
为提高配风配水的均匀性和冷却效果，可优化布置常规冷却塔芯填料。就目前来说，填料阶梯布置方式与冷却塔配水系统的分区极大地提高了配风均匀性。再加上不同区域不同口径喷头的合理使用，极大地提高了常规冷却塔配风配水的性能。当前，宁海火电厂13000m 2冷却塔、彭城火电厂12000m 2冷却塔、山东邹县火电厂12000m 2冷却塔等在建或已投运的电厂冷却塔塔芯设备采用了上述布置方法。
在采用常规冷却塔塔芯材料优化布置的基础上，高位收水冷却塔中的冷却水在通过淋水填料后，风阻大大减小，极大地提高了冷却塔的进风量，并提高了配风的均匀性。（二）热力计算方法大大简化
随着社会的进步和科学技术的不断发展，国内冷却塔模拟计算方法也逐步改进，且模拟计算结果也更贴近实际值。由于雨淋区的存在和当前二维计算方法的不成熟，常规超大型冷却塔冷却效果的模拟计算的精确性很难保证。然而，高位收水冷却塔的设置由于风阻减小，且配风更加均匀，只需用较为成熟的一维计算方法就能使计算结果更贴近实际值。
此外，可通过物模试验测出收水设备产生的阻力系数，通过物模试验推出有雨区冷效的冷却性能公式。据有关数据表明，高位收水冷却塔的却效果与常规冷却塔基本一致。
（三）塔型参数优化，简单可靠
在塔型参数的计算方法方面，高位收水冷却塔与常规冷却塔相同。就目前来讲，对于超大型冷却塔规范和标准，国内外并没有统一，且国内冷却塔塔型参数和各部比例规范是否合适于超大型自然通风冷却塔还有待进一步验证。因此，大都以现有超大型冷却塔资料来作参考。国内部分大型常规自然通风冷却塔塔型参数及各部比例关系见表1。
通过分析上表可知，各大型冷却塔的相关参数还是有所不同的。因此，为达到最佳冷却效果，体现塔型参数的合理性、先进性，超大型冷却塔的塔型设计既要合乎规范要求，也要开展关键部位参数的数模、物模试验。
（四）塔芯材料的优选要求较高
由于受淋水填料、喷头和除水器等塔芯材料的影响，冷却塔冷却效果也各不相同。因此，在选购塔芯材料时，为使塔芯材料的性能参数满足设计要求，一定要严把质量关，杜绝以次充好。此外，为有效改善气流流态，提高冷却塔的冷却效果，应选择信誉较好的生产商，确保淋水填料、喷头和除水器等塔芯材料的质量。
七、结语
冷却水塔是电厂的一个重要组成部分，通过对其的认证分析选择合理的冷却塔可以使电厂节能、高效运行。
作者单位：中国能源建设集团天津电力建设有限公司
表1国内部分大型常规冷却塔塔型尺寸及各部比例关系
机械与电气安全
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