冷水塔的类型和构造详解

冷却过程是工业生产全过程的一部分，它的各项参数是根据全过程来确定的。随着工业的发展，对冷却水的需要也在增长。据有关资料统计，一个十万千瓦的热力发电厂，冷却水量需达9000t/h左右；一个年产3500t聚丙烯的化工设备，冷却水用量达3000t/h左右。一些大型化工企业的用水量甚至超过一些大城市的用水量[5]。由此可见对冷却水进行循环利用的重要性。对缺水地区，这一点尤为重要。

冷却水循环利用的关键在于它的温度。例如热力发电厂汽轮机效率的提高，与循环水温的下降成正比。使用固体燃料发电厂的中压机组，温度每降低1℃能提高效率0.47%，高压机组能提高0.35%，使用核燃料的电厂能提高约0.7%[5]。由此可见，精心设计冷水塔，保证良好的冷却效果有着重要意义。

冷水塔有很多种类，根据循环水在塔内是否与空气直接接触，可分成干式、湿式。干式冷水塔是把循环水送到安装于冷却塔中的散热器内被空气冷却，这种塔多用于水源奇缺而不允许水分散失或循环水有特殊污染的情况。湿式冷水塔则让水与空气直接接触，把水中的热传给空气，在这种塔中，水因蒸发而造成损耗，蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排放掉一部分含盐度较高的水，补充一定的新水，因此湿式冷水塔要有补给水源。

图4.1示出了湿式冷水塔的各种类型。在开放式冷水塔中，利用风力和空气的自然对流作用使空气进入冷水塔，其冷却效果要受到风力及风向的影响，水的散失比其他型式的冷水塔大。在风筒式自然通风冷水塔中，利用较大高度的风筒，空气形成的自然对流使空气流过塔内与水接触进行传热，其特点是冷却效果比较稳定。在机械通风冷水塔中，空气以鼓风机送入[如图4.1中的（c）]或以抽风机吸入[如图4.1中的（d）]，所以它具有冷却效果好和稳定可靠的特点，它的淋水密度（指单位时间内通过冷水塔的单位截面积的水量）可远高于自然通风冷水塔。

按照热质交换区段水和空气两者流动方向的不同，方向相反的为逆流塔，方向垂直交叉的为横流塔[如图4.1中的（e）]。

图4.1 各种湿式冷水塔示意图

1-配水系统；2-淋水装置；3-百叶窗；4-集水池；5-空气分配区；6-风机；7-风筒；8-收水器

各种型式的冷水塔，一般包括如下几个主要部分：

1）淋水装置

淋水装置又称填料，其作用在于将进塔的热水尽可能形成细小的水滴或水膜，以增加水和空气的接触面积，延长接触时间，增进水气之间的热质交换。在选用淋水装置的型式时，要求它能提供较大的接触面积并具有良好的亲水性能，制造简单而又经久耐用，安装检修方便，价格便宜等。淋水装置可根据水在其中所呈现的形状分为点滴式、薄膜式及点滴薄膜式三种。

（1）点滴式 这种淋水装置通常用水平的或倾斜布置的三角形或矩形板条按一定间距排列而成，如图4.2所示。在这里，以水滴下落过程中水滴表面的散热以及在板条上溅散而成的许多小水滴表面的散热为主，约占散热量的60%～75%，而沿板条形成的水膜的散热只占总散热量的25%～30%[11]。一般来说，减小板条之间的距离s1、s2可增大散热面积，但会增加空气阻力，减小溅散效果。通常取s1为150mm，s2为300mm。风速的高低也对冷却效果产生影响，适当增加风速，使水滴降落速度减慢，增加接触时间，提高传热效果，增大填料散热能力；风速过大，使小水滴互相聚结的机会增大，反而降低传热效果，且增加电耗，还会使水滴带出，使水量损失增加。一般在点滴式机械通风冷水塔中可采用1.3～2m/s，自然通风冷水塔中采用0.5～1.5m/s。

图4.2 点滴式淋水装置板条布置方式

（2）薄膜式 这种淋水装置的特点是利用间隔很小的平膜板或凹凸形波板、网格形膜板所组成的多层空心体，使水沿着其表面形成缓慢的水流，而空气则经多层空心体间的空隙，形成水气之间的接触面。水在其中的散热主要依靠表面水膜、格网间隙中的水滴表面和溅散而成的水滴的散热等三个部分，而水膜表面的散热居于主要地位，约占70%[11]。图4.3中示出了其中四种薄膜式淋水装置的结构。对于斜波交错填料，安装时可将斜波片正反叠置，水流在相邻两片的棱背接触点上均匀地向两边分散。其规格的表示方法为“波矩×波高×倾角-填料总高”，以mm为单位。蜂窝淋水填料是用浸渍绝缘纸制成毛坯，在酚醛树脂溶液中浸胶烘干制成六角形管状蜂窝体，以多层连续放于支架上交错排列而成。它的孔眼的大小以正六边形内切圆的直径d表示。其规格的表示方法为：d（直径），总高H=层数×每层高-层距，例如：d20，H=12×100-0=1200mm。

（3）点滴薄膜式 铅丝水泥网格板是点滴薄膜式淋水装置的一种（图4.4），它是以16～18#铅丝作筋制成的50mm×50mm×50mm方格孔的网板，每层之间留有50mm左右的间隙，层层装设而成的。热水以水滴形式淋洒下去，故称点滴薄膜式，其表示方法为：G层数×网孔-层距mm。例如G16×50-50。

2）配水系统

配水系统的作用在于将热水均匀地分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大的冷却能力。常用的配水系统有槽式、管式和池式三种。

槽式配水系统通常由水槽、管嘴及溅水碟组成，热水从管嘴落到溅水碟上，溅成无数小水滴射向四周，以达到均匀布水的目的（图4.5）。(www.xing528.com)

管式配水系统的配水部分由干管、支管组成，它可采用不同的布水结构，只要布水均匀即可。图4.6所示为一种旋转布水管系的平面图。

池式配水系统的配水池建于淋水装置正上方，池底均匀地开有4～10mm孔口（或者装喷嘴、管嘴），池内水深一般不小于100mm，以保证洒水均匀。其结构示于图4.7中。

图4.3 薄膜式淋水装置的四种结构

图4.4 铅丝水泥网板淋水装置（单位：mm）

图4.5 槽式配水系统

图4.6 旋转布水的管式配水系统

图4.7 池式配水系统

3）通风筒

图4.8 通风筒

1-布水器；2-填料；3-隔墙；4-集水池；5-进风口；6-风机；7-风筒；8-收水器；9-导风伞；10-塔体；11-导风板

通风筒是冷水塔的外壳，气流的通道，其作用在于创造良好的空气动力条件，并将排出冷却塔的湿热空气送往高空，减少或避免湿热空气回流。自然通风冷水塔一般都很高。有的达150m以上，而机械通风冷水塔的高度一般在10m左右。包括风机的进风口和上部的扩散筒，如图4.8所示。为了保证进、出风的平缓性和清除风筒口的涡流区，风筒的截面一般用圆锥形或抛物线形。

在机械通风冷水塔中，若鼓风机装在塔的下部地区，操作比较方便，这时由于它送的是较冷的干空气，而不像装在塔顶的抽风机那样用于排除因受热而潮湿的空气，因此鼓风机的工作条件较好。但是，采用鼓风机时，从冷水塔排出的空气流速，仅有1.5～2.0m/s左右，而且由于这种塔的高度不大，只要空中有微风吹过，就有可能将塔顶排出的热而潮湿的空气吹向下部，以致被风机吸入，造成热空气的局部循环，恶化了冷却效果。