冷却塔的起始

　　蒸发式冷却技术可追溯至古代,那时河流、海洋、湖泊和池塘等等都是作为供水的方式被人们利用的。由于过去工业活动有限,加之水源丰富,冷却水用一次便被排掉,再从水域中取冷水,在工业厂址选择时,总要考虑有可利用的江、河、湖、泊作为冷却水的取水源和排放地或有可利用的巨大池塘或沟渠贮存、冷却、再循环或排放工艺或冷却用水。为了减少有效占地,在贮存水池中装设喷雾系统使池水充气,或将水喷在池子上使之与空气充分接触以冷却,后再发展形成喷水池技术。技术再发展便有了喷雾式冷却塔,人们发现将热水在一个箱喷射便可将热水冷却,这便是今天还有用的喷雾式冷却塔的锥形。后渐完善,又增加了空气流动机械设备,便有了带风机的喷雾式冷却塔。再后来人们为解决塔内水滴的下沉速度,在塔内添加了填料,这便是现代冷却塔的开始。随后有了机械通风逆流塔、横流塔、自然塔等。

　　冷却水**最集中的用户是发电厂,所以,大型冷却塔的发展与发电机组规模不断进步分不开,发电厂的冷却塔多采用风筒式的自然通风冷却塔。风筒式自然通风冷却塔的历史还不到100年,世界上**个双曲线型自然通风冷却塔于1916年建于荷兰伊特尔松(Von Iterson),1919年有了木外壳钢结构横流式冷却塔,1920年在法国的敦刻尔克(Dunkirk)建造了具有加强肋的混凝土锥型壳体冷却塔。在1930~1950年之间又建成了英国哈姆斯哈尔(Hams Hall)、德国的埃斯彭海因(Espenhoin)、法国的赫尔塞安舍(Herserange)的自然通风冷却塔。1954年德国柏林建造了**个预制构件的双曲线自然通风冷却塔,1955年美国奥兰多(Oriando)建造了美国的**个双曲线自然通风冷却塔,1958年美国建造了**个超100m高的海马哈马(High Mamham)电厂自然通风冷却塔,1960年英国鲁格勒( Rogerny)电厂出现了**个双曲线自然通风干式冷却塔,1971年美国卡因(Garin)电厂建造的冷却塔高度达到了150m。

　　在中国,最早的自然通风冷却塔是1938年日本建于辽宁葫芦岛一个水泥厂的自备电厂,冷却塔淋水面积600m2,高度42m。20世纪50年代我国只能建造淋水面积1250~1500m2、高度约60m的冷却塔:20世纪6年代冷却塔的淋水面积达到2000m2,高度达到70m。1974年山东烟台电厂建成了1、2号冷却塔,淋水面积达3000m2,高度75m;1976年在河南长葛电厂建造了**座试验性横流式自然通风冷却塔,1978年在开封电厂建成了**座较大型的横流式自然通风冷却塔,淋水面积为1750m2,塔高90m1986年淮南洛河电厂建成与300MW机组配套的自然通风冷却塔,淋水面积达到7000m2,高度达到96m;2000年上海吴电厂与600W机组配套的9000m2高度141m冷却塔建成;2006年重庆珞璜电厂与600MW机组配套的冷却塔投入运行,冷却塔面积达到10000m2,

高度达到160m;2006年底山东邹县电厂四期与1000MW机组配套的冷却塔投入运行,淋水面积达到12000m2,高度达到165m;2009年浙江宁海电厂与1000MW机组配套的13800m2的海水冷却塔投入运行,高度达到177m,目前保持着中国和亚洲的自然塔的规模和高度之最。

　　机械通风冷却塔主要在石化、冶金等其他工业部门使用较多。20世纪50~60年代我国有不少电厂采用机械通风冷却塔,主要配直径4.7m和8.0m的轴流风机,淋水填料多是板条、钢丝网、水泥或石棉板条。1972年陕西秦岭电厂建造了5座500m2逆流式机械通风冷却塔,风机直径达12.5m,淋水填料为纸蜂窝型。其后在辽宁朝阳电厂建成了淋水面积1962m2,直径50m,风机直径20m的圆形逆流式机械通风冷却塔,可满足200MW机组循环水冷却要求,如图1-23所示,目前,尚无工程单塔规模超过它。

　　我国冷却塔的技术发展主要经历了3个阶段:20世纪80年代以前的自主研究阶段,这

一时期中国冷却塔的技术发展落后于欧美苏等发达国家:20世纪80~90年代是引进消化吸收阶段,这一阶段,中国与国外交流增多,还引进了比利时哈蒙冷却塔公司的冷却塔设计技术,冷却塔的设计技术达到了国外水平:第三阶段是超越阶段,这一阶段是从200年后中

国经济腾飞,对冷却塔技术需求增速迅猛,冷却塔技术得到了较大的发展,也使中国的冷却塔技术研究超越了其他国家,主要发展有海水冷却塔、排烟冷却塔、超大型冷却塔、高位集水冷却塔、斯卡尔和斯克斯间接空冷塔、1000W的直接空冷塔、AP1000和AP400配套的重要厂用水冷却塔等,笔者很荣幸主持、参与和见证了这些新技术发展。

1.海水冷却塔

　　浙江宁海电厂一期为直流冷却系统,二期扩建时,由于环保的要求,冷却水系统须改为二次循环,宁海电厂地处海边,海水资源较淡水丰富,经过比较论证最终选定海水冷却塔方案,该工程的冷却塔由西南电力设计院设计,笔者主持了海水冷却塔工艺方面的课题研究,鉴于宁海海水冷却研究具有较强的工程背景,中国电力工程顾问集团公司设立研究专题对海水冷却塔技术进行了系统研究,笔者仍负责工艺课题研究。研究课题包括海水水质对冷却塔热力性能影响的机理、海水冷却塔淋水填料的热力阻力特性、海水冷却塔塔型设计、海水冷却塔的热力阻力计算、海水冷却塔淋水填料的防堵性能研究等。

2.排烟冷却塔

      2001年,北京申办奥运成功,北京的环境治理得到重视。电厂的烟气排放有了强化要求标准,烟气须脱硫后方可排放。由于脱硫工艺使得脱硫后的烟气温度降低至约50℃,影响了烟气抬升能力,要么对烟气重新加热造成耗能,要么采用冷却塔排放烟气。为此从05年开始,北京高碑店华能电厂,首先进行冷却塔改造,采用自然塔排烟方案。冷却塔内排放烟气是否影响冷却塔的性能、热力计算如何进行等问题的存在,中国电力工程顾问集团公司设立排烟冷却塔专题,华北电力设计院总体负责,排烟冷却塔的相关热力阻力方面的课题由笔者负责研究。项目以通过模型试验给出了排烟冷却塔的热力阻力计算方法,后又在2013年完成的华东电力设计院总体负责的10004W机组排烟塔研究课题中,笔者负责采用数值模拟方法对排烟塔的热力阻力特性进行复核修正研究,确保了排烟塔1000MW机组的热力计算适用性。

3.超大型冷却塔

      2006年,我国与1000W机组配套的自然通风冷却塔投入运行,但对于淋水面积达到12000m及以上的自然通风冷却塔的热力阻力计算是否合理,需不需采用更高精度的计算方法进行设计等问题需要回答,中国电力工程顾问集团公司设立了超大型冷却塔研究项目,项目由西北电力设计院总体负责,笔者负责完成了超大型冷却塔的热力阻力计算方法、一维二维计算方法对比、超大型冷却塔的实测计算验证、外区配水计算方法等内容对于内陆核电对自然塔的规模要求更高的状况,还是中国电力工程顾问集团公司设立专题项目对核电超大型冷却塔进行研究,项目由华东电力设计院总体负责,笔者负责完成了核电超大型冷却塔的阻力计算公式修正研究、冷却塔不同区的换热分析、核电超大型自然通冷却塔的热力阻力计算方法及其验证、自然风对冷却塔性能的影响研究、核电超大型冷却塔的淋水填料特性和典型工程的配风配水计算研究等,笔者还主持了中国核电工程公司、中广核工程公司、广东省电力设计院和西南电力设计院有关超大型冷却塔方面类似内容的研究。

4.核电厂用水冷却塔

　　上海核工业设计院负责AP1000和AP1400代核电技术的国产化,重要厂用水系统采用了机械通风冷却塔,笔者受托主持完成了重要厂用水机械通风冷却塔的空气动力特性模型试验研究、重要厂用水冷却塔验证试验、重要厂用机械通风冷却塔的设计研究及标准图集等内容,研究工作形成两个专利。目前正在进行AP1000和AP1400项目的重要厂用水机械通风海水冷却塔技术研究与开发。

5.高位集水冷却塔

　　高位集水冷却塔是比利时哈蒙冷却塔公司的一项独特技术,该技术可降低循环水泵的运行扬程,可节省运行费用,已经在法国ED的若干电厂中采用。该技术引起了国核电力规划设计研究院的重视,他们经过考察了解,从哈蒙公司引进了该项技术的工程设计为掌握该项技术,国核电力规划设计研究院申请了国家重大科技专项对此技术进行研究,研究工作从2005年开始,2013年结束,历时8年。研究者受托负责了工艺方面的研究课题,研究包含了高位集水冷却塔的热力阻力计算方法、高位集水冷却塔防溅材料的研究与开发、高位塔集水槽水力特性试验、高位塔塔型的研究、高位集水冷却塔淋水填料特性研究等内容。

6.空冷塔

      2003年大同**热电厂与200MW机组配套的直接空冷塔投入运行,标志着直接空冷技术大规模发展的开始,受山西电力设计院委托作者参与主持完成了直接空冷的空气动力特性研究,研究工作对于直接空冷平台设置高度、空气阻力计算等问题给出了结果2007年华北电力设计院设计的600MW间接空冷机组投入运行,笔者参与主持了斯卡尔系统空冷塔的空气动力特性研究,对于不同布置方式的散热器空气动力特性进行了研究2013年笔者参与了山西电力设计院委托中国水利水电科学研究院(以下简称“水科院”)关于斯卡尔间接空冷塔的设计与布置相关问题的进一步深入研究,给出了阻力计算公式。