CN102798296A

CN102798296A - 超大型逆流式自然通风湿式冷却塔

Info

Publication number: CN102798296A
Application number: CN2012102762104A
Authority: CN
Inventors: 龙国庆; 杨志; 毛卫兵; 汤东升; 罗必雄; 彭雪平; 乔旭斌; 匡俊; 李波; 朱嵩
Original assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公开了一种超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其包括有淋水填料区，其零米处的直径为零米直径，其塔高与零米直径的比值范围为1.1-1.2，所述淋水填料区的高度≥1.25米。本发明通过将塔高与零米直径的比值范围设计为1.1-1.2，降低塔高，提高超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的本身的安全性，并改善超大型自然塔的冷却能力；另一方面，通过改变进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35，降低自然塔的进风口高度、淋水高度，降低冷却水提升水泵的扬程，利于节能，降低成本。

Description

超大型逆流式自然通风湿式冷却塔

技术领域

本发明涉及一种自然通风冷却塔，尤其是指一种超大型逆流式自然通风冷却塔。

背景技术

逆流式自然通风湿式冷却塔(以下简称自然塔)广泛的应用于国民经济的诸多部门，主要有电力、石油、化工等，其作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气直接接触进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。这种类型冷却塔通风筒常采用双曲线形，用钢筋混凝土浇制，塔筒底部为进风口，空气从进风口进入塔体，穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料，再从塔筒出口流出。

自然塔淋水面积是指冷却塔内“填料区顶部”的断面面积，按淋水面积A冷却塔可初步划分为：

小型塔 A＜4000m²

中型塔 4000m²≤A＜7000m²

大型塔 7000m²≤A＜12000m²

超大型塔 A≥12000m² (塔底部直径D＞110m、进风口高度h＞11m)

自然通风逆流式冷却塔的散热包含了淋水区(图中配水区与填料之间的区域)、填料区和雨区(图中填料区以下、塔底水池水面以上的部分称为雨区)三个部分。

我国是世界上冷却塔用量最多的国家之一，在冷却塔设计方面积累了不少经验，在借鉴了国内外冷却塔设计研究的基础上，考虑结构和工艺的要求，编制出了我国冷却塔的设计规范，规范建议的自然通风冷却塔塔型的比例关系如下表1。

表1规范建议的冷却塔双曲线型风筒壳体几何比例关系

目前，已经建成在用的自然通风冷却塔的塔型尺寸基本都符合表1的比例关系。

随着冷却塔的淋水面积、塔高、塔底部直径增大，塔的进风口高度也相应增高，雨区的高度(淋水高度)也增高，特别是超大型冷却塔高度、塔底部直径有的可能超过现有已建冷却塔的尺寸，高度可达180～220m，零米直径超过150m，且淋水面积≥14000m²；如仍按现有国家规范规定的塔型参数进行超大型冷却塔的塔型设计，则“塔高与零米直径比”为“1.20～1.60”、“进风口面积与塔底壳面积比”为“0.35～0.40”，且如果淋水填料高度仍≤1.25m；这势必会导致进风口高度、淋水高度均较高，这样的塔型，其配水高度也响应较高，从而导致冷却水提升水泵的扬程相对较高，不利于节能。

另一方面，塔高过于高对热力特性影响有两方面，一是对通风量影响；二是对填料断面风速分布的影响。随塔高增高，塔的有效高度增大，抽力增大通风量亦变大；风量增大，塔的总阻力系数与塔内的空气流场的分布也有变化，从而影响塔的冷却效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大型逆流式自然通风冷却塔，其能够克服现有技术的缺陷，能够适用于超大型塔，确保自然塔的冷却效果。

本发明的目的是这样实现的：

一种超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其包括有淋水填料区，其零米处的直径为零米直径，其塔高与零米直径的比值范围为1.1-1.2，所述淋水填料区的高度≥1.25米。

对于塔高高于180m的超大型自然塔，土建造价较高，且超高建筑也会带来安全问题，因此，有必要在不降低冷却能力的前提下，降低自然塔的塔高；因此，塔高与零米直径的比值范围为1.1-1.2，可以确保在降低塔高、提高自然塔自身安全性的前提下，且不会降低自然塔的冷却能力。

在其中一个实施例中，其还包括有淋雨区，所述淋雨区设于所述淋水填料区的下方，所述淋雨区的外周为进风口，进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35。

在其中一个实施例中，其还包括有淋雨区，所述淋雨区设于所述淋水填料区的下方，所述淋雨区的一侧为进风口，所述进风口高度与塔底壳直径的比值范围为0.075-0.085。

在其中一个实施例中，所述超大型自然塔是指其零米直径大于150m，塔高为180m-220m，淋水面积大于12000m²。

自然塔的阻力主要集中在冷却塔的进风口区域，进风口高度是影响进风口区域气流阻力的主要塔型参数。进风口高度的合理取值，对自然塔的气流阻力和塔内填料断面的空气流态分布都会产生影响，从而影响整个自然塔的热力特性。通过将进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35(或将进风口高度与塔底壳直径的比值范围为0.075-0.085)，选择合理的进风口高度，合理的淋水高度，确保冷却水提升水泵的扬程适中，利于节能。

本发明超大型逆流式自然通风湿式冷却塔与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过将塔高与零米直径的比值范围设计为1.1-1.2，降低塔高，提高超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的本身的安全性，并改善超大型自然塔的冷却能力；另一方面，通过改变进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35，降低自然塔的进风口高度、淋水高度，降低冷却水提升水泵的扬程，利于节能，降低成本。

本发明克服了现有技术对逆流式自然通风冷却塔的塔型的设计偏见，在不改变其冷却能力的前提下，降低了塔高，提高自然塔自身的安全性，且利于节能，降低了运行成本。

附图说明

图1为本发明超大型逆流式自然通风冷却塔的结构示意图；

图2为塔高与出塔水温降低的关系图；

图3为进风口高度对冷却塔雨区阻力系数的关系图；

图4为进风口高度对冷却塔总阻力系数的关系图；

图5为不同进风口高度热季工况填料断面风速分布图；

图6为不同进风口高度夏季10％工况填料断面风速分布图；

图7为不同进风口高度春秋季工况填料断面风速分布图；

图8为进风口高度与出塔水温的关系图。

具体实施方式

如图1所示，本发明超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其包括有塔体11，所述塔体11内依次从上至下设置有淋水填料区12及淋雨区13，其中所述淋雨区13的外周为进风口。自然塔的零米处的直径为零米直径D_P，塔高H与零米直径D_P的比值范围为1.1-1.2，所述淋水填料区12的高度≥1.25米。通过增高淋水填料区12的高度，确保自然塔的冷却能力。

在本发明中，所述超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的零米直径大于150m，塔高为180m-220m，淋水面积大于12000m²。

以某超大型自然塔为实例，在淋水填料高度为1.25m、冷却水量相同、气象条件相同的条件下，通过对比计算发现，塔高与零米直径比1.1增大至1.5，春秋季的自然塔出塔水温降低了0.84℃、热季降低了0.58℃，夏季10％降低了0.57℃。将不同运行季节的温度降低表示为各季节的进出塔温差的百分数，绘于图2。由图2可看出，自然塔的出塔水温的降低值占其对应的温差百分数与塔高是相关的，塔高与零米直径比由1.1增大至1.5，出塔水温降低值占冷却水温差的约12％。

自然塔水温降低反映冷却塔的热力特性变好，原因是自然塔的抽力增加，通风量增加。另一方面，通风量的增加又引起塔内的空气流速分布的变化，反过来再影响塔的热力特性。

由表2可见，随自然塔塔高的增大，塔的总阻力系数减小，春秋季最大差6％、热季差10％、夏季10％的气象条件差9％，这说明塔高变化对填料断面的风速分布影响不大，可以认为塔高的变化主要是增加冷却塔的抽力，提高通风量来提高自然塔的热力特性的，填料断面的风速变化较小可忽略不计。

表2冷却塔高与阻力系数的关系

在实际建设中，自然塔塔高超过180m的超大型塔，土建造价较高，且超高建筑物也会带来安全问题，应尽可能在不降低冷却能力的前提下，减少塔高。从上表可以看出，塔高H与零米直径D_P的比值范围为1.1-1.2与塔高H与零米直径D_P的比值范围为1.2-1.6相比，阻力系数的变化不大，通过降低塔高缩减土建成本及提高自然塔自身的安全性，同时，通过增加淋水填料区的高度，确保自然塔的冷却能力不会降低。

为了降低自然塔冷却水提升泵的扬程，所述淋雨区的进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35(所述进风口高度H₀与塔底壳直径D_u的比值范围为0.075-0.085)。其中，所述淋雨区13的进风口面积πD₀*H₀(D₀为淋雨区进风口平均高度处直径，H₀为淋雨区进风口高度)，而塔底壳面积为πD_u ²。

以某超大型自然塔为例，在淋水填料高度为1.25m、冷却水量相同、气象条件相同的条件下，保持某超大型自然塔的进风口区域以上的塔体尺寸不变，研究不同进风口高度对出塔水温与阻力系数的影响。进风口面积与塔底壳面积比从0.1变化到0.6，按二维数值模拟计算方法计算不同季节的冷却塔出塔水温及各参数。

由图4可看出，随进风口高度的增大，自然塔的总阻力系数减小，当进风口面积与塔底壳面积比接近0.4时，总阻力系数减小变缓，大于0.4后再增高，总阻力系数反而增大。这是由随冷却塔的进风口高度增大，雨区中的径向阻力减小，而垂向阻力增加，当径向减小值小于垂向增大值时，雨区的阻力系数开始变大(如图3所示)，影响整体冷却塔的总阻力系数增大。所以，从工艺角度看，自然塔的进风口高度并非越高越好，从阻力系数的变化趋势看，冷却塔的进风口面积与塔底壳面积比不宜大于0.4(进风口高度与塔底壳直径比不宜大于0.1)。

进风口高度的变化必然引起填料断面的风速分布变化。为便于对比，将不同进风口高度热季工况填料断面风速分布图、不同进风口高度夏季10％工况填料断面风速分布图、不同进风口高度春秋季工况填料断面风速分布图分别绘于图5、图6、图7，其中，在图5、图6及图7中，横坐标R/R_f值0.2处，从上往下进风口面积与塔底壳面积比分别为0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1。

由图5、图6及图7可以看出，进风口面积与塔底壳面积比为0.1时，自然塔内的风速分布最不好，中心区基本没有风，范围可达淋水半径的30％，当进风口面积与塔底壳面积比大于0.4时，填料断面风速分布改善减缓，小于0.3时不均匀程度加剧较大。从填料断面风速分布的角度看，进风口面积与塔底壳面积比宜为0.3～0.4。春秋季较热季和夏季10％的填料断面风速分布略均匀些。

不同进风口高度的冷却塔出塔水温见图8，从图8可以看出，当进风口面积与塔底壳面积比大于0.4时，出塔水温基本不再下降，面积比在0.3至0.4之间有缓慢下降，小于0.3升高快。所以，冷却塔进风口的面积与塔底壳的面积比应控制在0.3至0.4之间。使自然塔具有合理的进风口高度，合理的淋水高度，确保冷却水提升水泵的扬程适中，利于节能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其包括有淋水填料区，其特征在于，其零米处的直径为零米直径，其塔高与零米直径的比值范围为1.1-1.2，所述淋水填料区的高度≥1.25米。

2.根据权利要求1所述的超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其特征在于，其还包括有淋雨区，所述淋雨区设于所述淋水填料区的下方，所述淋雨区的外周为进风口，进风口面积与塔底壳面积的比值范围为0.30-0.35。

3.根据权利要求1所述的超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其特征在于，其还包括有淋雨区，所述淋雨区设于所述淋水填料区的下方，所述淋雨区的一侧为进风口，所述进风口高度与塔底壳直径的比值范围为0.075-0.085。

4.根据权利要求1所述的超大型逆流式自然通风湿式冷却塔，其特征在于，其零米直径大于150m，塔高为180m-220m，淋水面积大于12000m²。