五問電廠冷卻塔

冷卻塔是將循環(huán)冷卻水在其中噴淋,使之與空氣直接接觸,通過蒸發(fā)和對(duì)流把攜帶的熱量散發(fā)到大氣中去的冷卻裝置。冷卻塔的作用是將挾帶熱量的冷卻水在塔內(nèi)與空氣進(jìn)行換熱,使熱量傳輸給空氣并散入大氣,冷卻塔中水和空氣的換熱方式之一是,流過水表面的空氣與水直接接觸,通過接觸傳熱和蒸發(fā)散熱,把水中的熱量傳輸給空氣。用這種方式冷卻的稱為濕式冷卻塔。缺水地區(qū)或在補(bǔ)充水有困難的情況下,也可采用干式冷卻塔。干式冷卻塔中空氣與水的換熱是通過由金屬管組成的散熱器表面?zhèn)鳠?將管內(nèi)水的熱量傳輸給散熱器外流動(dòng)的空氣。

發(fā)電廠首先要由鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽,然后送入到汽輪機(jī),通過汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)的排氣進(jìn)入到一個(gè)叫凝汽器的冷端設(shè)備,凝結(jié)成水,由凝結(jié)水泵送往給水泵,再進(jìn)入鍋爐,這樣就構(gòu)成一個(gè)熱力循環(huán)。發(fā)電廠就是依靠這個(gè)過程不斷的循環(huán)發(fā)電。 發(fā)電廠冷卻塔的作用就是利用從下往上流動(dòng)的空氣去冷卻從上往下流動(dòng)的水。 冷卻后的水最主要的作用是送到凝汽器里把在蒸汽輪機(jī)中做過功的蒸汽冷凝成水再送回鍋爐中去加熱。 如果沒有這個(gè)冷卻塔蒸汽就無法冷凝成水再送回鍋爐,發(fā)電廠的熱力循環(huán)就無法建立,工質(zhì)也無法回收。

冷卻塔做成雙曲線形的原因之一是為了提高冷卻的效率,底部有最大的圓周,可以最大限度地進(jìn)入冷空氣,冷空氣到達(dá)最細(xì)部位時(shí),接觸熱水,這時(shí)首先由于管徑變小,空氣流速加快,可以盡快的帶走熱水中的熱量,其次由于管徑變小,冷空氣的體積也受到壓縮,故壓力也有增加,而壓力增加流體的含熱能力會(huì)隨之增加,于是在細(xì)腰部冷空氣可以最大限度的吸收熱水的熱量從而使熱水冷卻。到了最上部,管徑再次擴(kuò)大,已攜帶了大量熱量的空氣由于速度減慢,壓力減小,又將所含的熱量釋放出來形成白色的水蒸氣。

另外一方面,修建雙曲冷卻塔也是出于對(duì)成本控制的考慮。冷卻塔的單葉雙曲面是一種直紋曲面,這一點(diǎn)可以形象化地簡(jiǎn)單的理解為把一根直線繞著與它異面的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn),這個(gè)直線劃過的曲面就是一個(gè)單葉雙曲面。一個(gè)建筑如果采用單葉雙曲面的造型,那么它的主體可以只由直的鋼梁來建造。而生產(chǎn)直的大型鋼梁成本遠(yuǎn)低于生產(chǎn)玩去的大型鋼梁,同時(shí)安裝和運(yùn)輸也更方便。這樣既可以減少風(fēng)的阻力,又可以用最少的材料來維持結(jié)構(gòu)的完整性。

以華電鄒縣四期2×1000MW機(jī)組為例,其冷卻塔采用逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔,冷卻面積12000m2,塔高165m。在超大型冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究方面,需要針對(duì)具體工程有針對(duì)性地開展冷卻塔結(jié)構(gòu)選型、風(fēng)工程特性研究、有限元對(duì)比分析、屈曲穩(wěn)定分析、施工期穩(wěn)定分析、塔筒幾何非線性影響評(píng)價(jià)、塔芯超長(zhǎng)構(gòu)件設(shè)計(jì)等在內(nèi)的一系列專題研究,這些研究成果是工程超大型冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的重要依據(jù),也是未來電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

雙曲冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)