冷卻塔的起始

　　蒸發(fā)式冷卻技術(shù)可追溯至古代,那時(shí)河流、海洋、湖泊和池塘等等都是作為供水的方式被人們利用的。由于過去工業(yè)活動(dòng)有限,加之水源豐富,冷卻水用一次便被排掉,再從水域中取冷水,在工業(yè)廠址選擇時(shí),總要考慮有可利用的江、河、湖、泊作為冷卻水的取水源和排放地或有可利用的巨大池塘或溝渠貯存、冷卻、再循環(huán)或排放工藝或冷卻用水。為了減少有效占地,在貯存水池中裝設(shè)噴霧系統(tǒng)使池水充氣,或?qū)⑺畤娫诔刈由鲜怪c空氣充分接觸以冷卻,后再發(fā)展形成噴水池技術(shù)。技術(shù)再發(fā)展便有了噴霧式冷卻塔,人們發(fā)現(xiàn)將熱水在一個(gè)箱噴射便可將熱水冷卻,這便是今天還有用的噴霧式冷卻塔的錐形。后漸完善,又增加了空氣流動(dòng)機(jī)械設(shè)備,便有了帶風(fēng)機(jī)的噴霧式冷卻塔。再后來人們?yōu)榻鉀Q塔內(nèi)水滴的下沉速度,在塔內(nèi)添加了填料,這便是現(xiàn)代冷卻塔的開始。隨后有了機(jī)械通風(fēng)逆流塔、橫流塔、自然塔等。

　　冷卻水**最集中的用戶是發(fā)電廠,所以,大型冷卻塔的發(fā)展與發(fā)電機(jī)組規(guī)模不斷進(jìn)步分不開,發(fā)電廠的冷卻塔多采用風(fēng)筒式的自然通風(fēng)冷卻塔。風(fēng)筒式自然通風(fēng)冷卻塔的歷史還不到100年,世界上**個(gè)雙曲線型自然通風(fēng)冷卻塔于1916年建于荷蘭伊特爾松(Von Iterson),1919年有了木外殼鋼結(jié)構(gòu)橫流式冷卻塔,1920年在法國的敦刻爾克(Dunkirk)建造了具有加強(qiáng)肋的混凝土錐型殼體冷卻塔。在1930~1950年之間又建成了英國哈姆斯哈爾(Hams Hall)、德國的埃斯彭海因(Espenhoin)、法國的赫爾塞安舍(Herserange)的自然通風(fēng)冷卻塔。1954年德國柏林建造了**個(gè)預(yù)制構(gòu)件的雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔,1955年美國奧蘭多(Oriando)建造了美國的**個(gè)雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔,1958年美國建造了**個(gè)超100m高的海馬哈馬(High Mamham)電廠自然通風(fēng)冷卻塔,1960年英國魯格勒( Rogerny)電廠出現(xiàn)了**個(gè)雙曲線自然通風(fēng)干式冷卻塔,1971年美國卡因(Garin)電廠建造的冷卻塔高度達(dá)到了150m。

　　在中國,最早的自然通風(fēng)冷卻塔是1938年日本建于遼寧葫蘆島一個(gè)水泥廠的自備電廠,冷卻塔淋水面積600m2,高度42m。20世紀(jì)50年代我國只能建造淋水面積1250~1500m2、高度約60m的冷卻塔:20世紀(jì)6年代冷卻塔的淋水面積達(dá)到2000m2,高度達(dá)到70m。1974年山東煙臺(tái)電廠建成了1、2號(hào)冷卻塔,淋水面積達(dá)3000m2,高度75m;1976年在河南長葛電廠建造了**座試驗(yàn)性橫流式自然通風(fēng)冷卻塔,1978年在開封電廠建成了**座較大型的橫流式自然通風(fēng)冷卻塔,淋水面積為1750m2,塔高90m1986年淮南洛河電廠建成與300MW機(jī)組配套的自然通風(fēng)冷卻塔,淋水面積達(dá)到7000m2,高度達(dá)到96m;2000年上海吳電廠與600W機(jī)組配套的9000m2高度141m冷卻塔建成;2006年重慶珞璜電廠與600MW機(jī)組配套的冷卻塔投入運(yùn)行,冷卻塔面積達(dá)到10000m2,

高度達(dá)到160m;2006年底山東鄒縣電廠四期與1000MW機(jī)組配套的冷卻塔投入運(yùn)行,淋水面積達(dá)到12000m2,高度達(dá)到165m;2009年浙江寧海電廠與1000MW機(jī)組配套的13800m2的海水冷卻塔投入運(yùn)行,高度達(dá)到177m,目前保持著中國和亞洲的自然塔的規(guī)模和高度之最。

　　機(jī)械通風(fēng)冷卻塔主要在石化、冶金等其他工業(yè)部門使用較多。20世紀(jì)50~60年代我國有不少電廠采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,主要配直徑4.7m和8.0m的軸流風(fēng)機(jī),淋水填料多是板條、鋼絲網(wǎng)、水泥或石棉板條。1972年陜西秦嶺電廠建造了5座500m2逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,風(fēng)機(jī)直徑達(dá)12.5m,淋水填料為紙蜂窩型。其后在遼寧朝陽電廠建成了淋水面積1962m2,直徑50m,風(fēng)機(jī)直徑20m的圓形逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,可滿足200MW機(jī)組循環(huán)水冷卻要求,如圖1-23所示,目前,尚無工程單塔規(guī)模超過它。

　　我國冷卻塔的技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了3個(gè)階段:20世紀(jì)80年代以前的自主研究階段,這

一時(shí)期中國冷卻塔的技術(shù)發(fā)展落后于歐美蘇等發(fā)達(dá)國家:20世紀(jì)80~90年代是引進(jìn)消化吸收階段,這一階段,中國與國外交流增多,還引進(jìn)了比利時(shí)哈蒙冷卻塔公司的冷卻塔設(shè)計(jì)技術(shù),冷卻塔的設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到了國外水平:第三階段是超越階段,這一階段是從200年后中

國經(jīng)濟(jì)騰飛,對(duì)冷卻塔技術(shù)需求增速迅猛,冷卻塔技術(shù)得到了較大的發(fā)展,也使中國的冷卻塔技術(shù)研究超越了其他國家,主要發(fā)展有海水冷卻塔、排煙冷卻塔、超大型冷卻塔、高位集水冷卻塔、斯卡爾和斯克斯間接空冷塔、1000W的直接空冷塔、AP1000和AP400配套的重要廠用水冷卻塔等,筆者很榮幸主持、參與和見證了這些新技術(shù)發(fā)展。

1.海水冷卻塔

　　浙江寧海電廠一期為直流冷卻系統(tǒng),二期擴(kuò)建時(shí),由于環(huán)保的要求,冷卻水系統(tǒng)須改為二次循環(huán),寧海電廠地處海邊,海水資源較淡水豐富,經(jīng)過比較論證最終選定海水冷卻塔方案,該工程的冷卻塔由西南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),筆者主持了海水冷卻塔工藝方面的課題研究,鑒于寧海海水冷卻研究具有較強(qiáng)的工程背景,中國電力工程顧問集團(tuán)公司設(shè)立研究專題對(duì)海水冷卻塔技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,筆者仍負(fù)責(zé)工藝課題研究。研究課題包括海水水質(zhì)對(duì)冷卻塔熱力性能影響的機(jī)理、海水冷卻塔淋水填料的熱力阻力特性、海水冷卻塔塔型設(shè)計(jì)、海水冷卻塔的熱力阻力計(jì)算、海水冷卻塔淋水填料的防堵性能研究等。

2.排煙冷卻塔

      2001年,北京申辦奧運(yùn)成功,北京的環(huán)境治理得到重視。電廠的煙氣排放有了強(qiáng)化要求標(biāo)準(zhǔn),煙氣須脫硫后方可排放。由于脫硫工藝使得脫硫后的煙氣溫度降低至約50℃,影響了煙氣抬升能力,要么對(duì)煙氣重新加熱造成耗能,要么采用冷卻塔排放煙氣。為此從05年開始,北京高碑店華能電廠,首先進(jìn)行冷卻塔改造,采用自然塔排煙方案。冷卻塔內(nèi)排放煙氣是否影響冷卻塔的性能、熱力計(jì)算如何進(jìn)行等問題的存在,中國電力工程顧問集團(tuán)公司設(shè)立排煙冷卻塔專題,華北電力設(shè)計(jì)院總體負(fù)責(zé),排煙冷卻塔的相關(guān)熱力阻力方面的課題由筆者負(fù)責(zé)研究。項(xiàng)目以通過模型試驗(yàn)給出了排煙冷卻塔的熱力阻力計(jì)算方法,后又在2013年完成的華東電力設(shè)計(jì)院總體負(fù)責(zé)的10004W機(jī)組排煙塔研究課題中,筆者負(fù)責(zé)采用數(shù)值模擬方法對(duì)排煙塔的熱力阻力特性進(jìn)行復(fù)核修正研究,確保了排煙塔1000MW機(jī)組的熱力計(jì)算適用性。

3.超大型冷卻塔

      2006年,我國與1000W機(jī)組配套的自然通風(fēng)冷卻塔投入運(yùn)行,但對(duì)于淋水面積達(dá)到12000m及以上的自然通風(fēng)冷卻塔的熱力阻力計(jì)算是否合理,需不需采用更高精度的計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)等問題需要回答,中國電力工程顧問集團(tuán)公司設(shè)立了超大型冷卻塔研究項(xiàng)目,項(xiàng)目由西北電力設(shè)計(jì)院總體負(fù)責(zé),筆者負(fù)責(zé)完成了超大型冷卻塔的熱力阻力計(jì)算方法、一維二維計(jì)算方法對(duì)比、超大型冷卻塔的實(shí)測計(jì)算驗(yàn)證、外區(qū)配水計(jì)算方法等內(nèi)容對(duì)于內(nèi)陸核電對(duì)自然塔的規(guī)模要求更高的狀況,還是中國電力工程顧問集團(tuán)公司設(shè)立專題項(xiàng)目對(duì)核電超大型冷卻塔進(jìn)行研究,項(xiàng)目由華東電力設(shè)計(jì)院總體負(fù)責(zé),筆者負(fù)責(zé)完成了核電超大型冷卻塔的阻力計(jì)算公式修正研究、冷卻塔不同區(qū)的換熱分析、核電超大型自然通冷卻塔的熱力阻力計(jì)算方法及其驗(yàn)證、自然風(fēng)對(duì)冷卻塔性能的影響研究、核電超大型冷卻塔的淋水填料特性和典型工程的配風(fēng)配水計(jì)算研究等,筆者還主持了中國核電工程公司、中廣核工程公司、廣東省電力設(shè)計(jì)院和西南電力設(shè)計(jì)院有關(guān)超大型冷卻塔方面類似內(nèi)容的研究。

4.核電廠用水冷卻塔

　　上海核工業(yè)設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)AP1000和AP1400代核電技術(shù)的國產(chǎn)化,重要廠用水系統(tǒng)采用了機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,筆者受托主持完成了重要廠用水機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的空氣動(dòng)力特性模型試驗(yàn)研究、重要廠用水冷卻塔驗(yàn)證試驗(yàn)、重要廠用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的設(shè)計(jì)研究及標(biāo)準(zhǔn)圖集等內(nèi)容,研究工作形成兩個(gè)專利。目前正在進(jìn)行AP1000和AP1400項(xiàng)目的重要廠用水機(jī)械通風(fēng)海水冷卻塔技術(shù)研究與開發(fā)。

5.高位集水冷卻塔

　　高位集水冷卻塔是比利時(shí)哈蒙冷卻塔公司的一項(xiàng)獨(dú)特技術(shù),該技術(shù)可降低循環(huán)水泵的運(yùn)行揚(yáng)程,可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用,已經(jīng)在法國ED的若干電廠中采用。該技術(shù)引起了國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的重視,他們經(jīng)過考察了解,從哈蒙公司引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)的工程設(shè)計(jì)為掌握該項(xiàng)技術(shù),國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院申請了國家重大科技專項(xiàng)對(duì)此技術(shù)進(jìn)行研究,研究工作從2005年開始,2013年結(jié)束,歷時(shí)8年。研究者受托負(fù)責(zé)了工藝方面的研究課題,研究包含了高位集水冷卻塔的熱力阻力計(jì)算方法、高位集水冷卻塔防濺材料的研究與開發(fā)、高位塔集水槽水力特性試驗(yàn)、高位塔塔型的研究、高位集水冷卻塔淋水填料特性研究等內(nèi)容。

6.空冷塔

      2003年大同**熱電廠與200MW機(jī)組配套的直接空冷塔投入運(yùn)行,標(biāo)志著直接空冷技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的開始,受山西電力設(shè)計(jì)院委托作者參與主持完成了直接空冷的空氣動(dòng)力特性研究,研究工作對(duì)于直接空冷平臺(tái)設(shè)置高度、空氣阻力計(jì)算等問題給出了結(jié)果2007年華北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的600MW間接空冷機(jī)組投入運(yùn)行,筆者參與主持了斯卡爾系統(tǒng)空冷塔的空氣動(dòng)力特性研究,對(duì)于不同布置方式的散熱器空氣動(dòng)力特性進(jìn)行了研究2013年筆者參與了山西電力設(shè)計(jì)院委托中國水利水電科學(xué)研究院(以下簡稱“水科院”)關(guān)于斯卡爾間接空冷塔的設(shè)計(jì)與布置相關(guān)問題的進(jìn)一步深入研究,給出了阻力計(jì)算公式。