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冷却塔的发展历程

作者:  浏览量:671  发布时间:2020-02-07 11:18:17  

冷却塔,即是一种设备,也是一门学科。作为设备,它是一种将冷却水在其内与大气充分直接或间接接触,使水的热量传给大气的装置;作为学科,它是一门涉及流体力学、水力学、传热传质学、机械传动学和材料学的边缘学科。近几十年来,随着我国经济的不断发展和生活水平的不断提高,冷却塔行业发展的步伐也愈来愈快,尤以中小型冷却塔为甚,近乎随处可见。

冷却塔真正作为科学研究是从20世纪初开始的,自此发展也已近百年。在这百年发展历史中,我们不能忘记这100年间一些特别的人、特殊的阶段、特殊的事件,正是这些促使了冷却塔学科的进步与发展。


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当然,冷却塔的出现也绝非偶然。作为现代工业的产物,冷却塔的缘起要追溯到大工业时代甚至更早。早先,河流、海洋、湖泊和池塘等等都是作为供水的方式被人们所利用的,由于过去工业活动有限,加之水源丰富,冷却水多被一次性使用,排掉后再从就近水域中获取冷水。逐渐地,在工业厂址选择时,总要考虑有可利用的江、河、湖、海作为冷却水的取水源和排放地,或有可利用的沟渠贮存、冷却、再循环或排放冷却用水。渐渐的,人们发现将热水在一固定空间内喷射便可将其快速冷却,这便逐渐形成了喷水池技术。技术再发展便有了喷雾式冷却塔,这便是今天还有用的喷雾式冷却塔的雏形。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。再后来人们为了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。至今,冷却塔的主要系统构成为:风机系统(针对机械通风冷却塔)、收水器(装置)、配水系统、淋水填料、集水池(装置)、水泵及塔体。

经过近100年的发展,冷却塔根据使用条件、换热方式等已形成了很多种类与形式。如按通风方式主要可分为:自然/机械通风冷却塔;按水气接触方式主要可分为:湿式/干式/干湿式/闭式冷却塔;按冷却介质主要可分为:海水/淡水/其他介质冷却塔;按用途主要可分为:民用/工业冷却塔;按水气流动方向主要可分为:逆流/横流冷却塔等。


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自然通风冷却塔篇




纵观整个现代工业发展史,冷却水最大最集中的用户是发电厂,且发电厂的冷却塔多为自然通风冷却塔。自然通风冷却塔是一种靠塔内外的空气密度差形成的抽力使空气产生运动进行换热的冷却装置。因其具有高大醒目的风筒,又被称为风筒式自然通风冷却塔。早在1912年,在世界上第一个简单的自然通风冷却塔于荷兰的一个矿上建成使用后,冷却塔的现代工业化进程便算是正式拉开了帷幕。其后,荷兰又建成了世界上第一个双曲线型自然通风冷却塔。1919年世界上有了木外壳钢结构的横流式冷却塔,1920年法国敦刻尔克建造了具有加强肋的混凝土锥型壳体冷却塔。1954年德国柏林建造了第一个预制构件的双曲线自然通风冷却塔,1955年美国的第一个双曲线自然通风冷却塔建成,1958年美国建造了第一个超100m高的自然通风冷却塔,1960年英国出现了第一个双曲线自然通风干式冷却塔,1971年美国的电厂冷却塔高度达到了150m。目前德国科隆的超大型冷却塔高度已经达到了200m,淋水面积达到14000m2。在可预见的未来,自然通风冷却塔势必向大型化发展。


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我国限于工业水平等原因,冷却塔的建造起步较晚,最早出现的自然通风冷却塔是1938年日本为辽宁葫芦岛一个水泥厂的自备电厂修建的。20世纪50年代我国只能建造淋水面积1250~1500m2、高度60m的冷却塔;20世纪六七十年代,技术水平有较大发展,山东烟台电厂建成了淋水面积3000m2、高度75m的冷却塔;河南长葛电厂建造了第一座试验性横流式自然通风冷却塔;河南开封电厂建成了第一座较大型的横流式自然通风冷却塔,淋水面积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96m2000年上海吴泾电厂建成的与600MW机组配套的冷却塔投入运行,淋水面积达到10000m2,高度为160m2006年底山东邹县电厂四期与1000MW机组配套的冷却塔投入运行,淋水面积达到了12000m2,高度165m2009年浙江宁海电厂的13800m2的海水冷却塔投入运行,高度为177m,曾一度保持着中国和亚洲的自然塔规模与高度之最。201710月,湖北鄂州三期冷却塔竣工,总体高度181m,淋水面积达15000m2




机械通风冷却塔篇



机械通风冷却塔没有高大的风筒,因此塔内空气流动不是靠塔内外空气密度差产生的抽力而是靠风机形成,所以它具有冷却效率高、稳定的特点。近年来,机械通风冷却塔的发展倍加迅猛,小到常规的空调、冷库系统,大到像石化、冶金、轻工等行业,甚至一些中小型火电厂也会随处可见机械通风冷却塔的身影,除了机械通风冷却塔的上述优点,其占地面积小、基建投资少,建设工期短等因素也赫然在人们的考虑之列。此外,小型的民用冷却塔制造商已遍布中国各省,或达千家,并将冷却塔做成了标准系列,且各制造商都有自己独特的设计风格,不做详细赘述。

机械通风冷却塔按通风方式主要分为逆流式与横流式。无论哪种形式都包含有风机、导风筒、进风口、填料、配水系统、收水器等组件。关于逆流式,即水流与空气流动方向相反。上世纪70年代以前的机械通风冷却塔主要塔型是风机直径4.7m的钢筋混凝土冷却塔,处理水量一般为600~800t/h。填料采用水泥网格,收水器为百叶板,配水多为槽式,喷头为溅水牒,风筒为钢筋水泥制作。20世纪70年代安庆石化从法国引进了若干台逆流塔,该塔风机直径为9.14m,平面尺寸为16.5m×16.5m,进风口高5.4m1972年陕西华阴市秦岭电厂建成了500m2的机械通风逆流式冷却塔。其后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。20世纪80年代,机械通风冷却塔得到了较大发展,化工部先后对风机直径8.53m9.14m进行了标准化设计,后在各行业广泛使用。目前,逆流式冷却塔的处理水量已经达到5000t/h


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关于横流式,即空气与流动方向垂直。在我国应用量非常大,特别是在石油、化工系统中。主要原因是我国在20世纪70年代从国外引进了10多套大化肥项目,这些项目配套的冷却塔大多为机械通风横流式冷却塔。这些项目的引进,使国内的相关专业设计人员对机械通风横流式冷却塔有更多的了解与偏好,所以,新的工程建设项目中的冷却塔也多采用横流式冷却塔。这种情形一直延续到20世纪90年代中,如燕山石化的45t乙烯改扩建工程。这些引进的机械通风横流式冷却塔的淋水填料多为美国马利公司的Ω板和M板,也有日本的塑料正弦波填料和瓦型石棉板等。由于这些点滴式填料在北方容易出现冬季结冰或循环水集中将淋水填料冲坏等现象。为此,国内开发了填料的混装技术,即在横流塔的外侧安装薄膜式填料,里侧安装点滴式填料,较好地解决了这个问题。


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总的来说,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2000年后的中国经济腾飞开始,此时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。经过了近100年的发展,冷却塔已经形成具有完整理论体系的学科,中国也已位于世界技术领先之列,但未来的道路依旧长远,我们需要朝着更加高效、更加环保、更加创新的方向大步迈进。

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