冷却塔的选型与设计优化

朱建国

（无锡蓝天燃机热电有限公司）

摘要：目前，火电厂的容量和参数进一步增加，从而使得冷却塔的类型不断增多，规模不断扩大，所以选择什么类型的冷却塔适用于什么样的生产规模尤为重要。规模在不断扩大的同时，对冷却塔设计的经济实用性和安全性要求更为严格，选择冷却塔的类型和对其优化设计是本文研究的重点。

关键词：冷却塔选型优化设计

1课题研究的目的

随着经济的快速发展与人们生产生活的需要，冷却塔的类型也越来越多，各种类型冷却塔的内部结构及其工作原理都大不相同，其适用的工作范围也不同。所以对冷却塔的类型进行具体分析和优化设计尤为重要。

2冷却塔的探讨

2.1冷却塔的定义及组成

冷却塔（Coolingtower），又称为凉水塔，用循环冷却剂水进行冷热交换进而产生蒸汽，蒸汽挥发至大气中带走从系统中吸收热量的热力设备。

冷却塔系统通常由配水系统、淋水填料、除水器（收水器）、通风设备、空气分配装置等五部分组成。

2.2冷却塔的工作原理

冷却塔的工作原理为：水进入散水系统，蜂窝式散热片将来自散水管的需冷却的水均匀散开，冷却风扇从水流相反的方向对散热片运动的水进行冷却，通过冷却的水再运动到集水盘，从下部出水口流出。

2.3冷却塔的类型及其优缺点

由于冷却塔所属的分类依据不同，所以类型有很多种。

依据通风方式的不同，冷却塔可分为机械通风冷却塔和自然通风冷却塔。机械通风冷却塔由于强制空气流动设备的不同分为鼓风式和抽风式冷却塔，其优点缩小了占地面积，提高了冷却效率，降低了设备投入建设的成本，缺点是其工作运行时的费用较大。

依据水与空气的接触方式的不同，冷却塔可分为干式冷却塔（空冷塔）、湿式冷却塔和干湿式冷却塔。干式冷却塔在进行冷热交换过程中，由于水与空气不直接接触，所以其工作效率较低，投入的资金较大；湿式冷却塔在进行冷热交换过程中，由于水和空气的直接接触，导致其工作效率较高，缺点为冷却水有部分会蒸发，从而造成损失，需要及时补水，降低盐的浓度。

依据空气与水的流动方向的不同，冷却塔可分为横流式冷却塔和逆流式冷却塔。顾名思义，横流式冷却塔内有水平方向流入的空气和自上而下运行的水；逆流式冷却塔则与之相反，其内有自下而上流入的空气和自上而下的水。

3冷却塔设计优化的研究

3.1冷却塔优化设计的目的

通过考虑冷却塔建筑施工安全便捷与否、温度、塔体重量等因素的影响，进而对冷却塔通风筒的形态、管壁厚度、塔顶及塔底的倾斜角度等参数进行优化设计，建造出占地面积小、投入资金成本少的冷却塔，进一步提高其经济实用性和安全性。

3.2双曲线冷却塔的优化设计

3.2.1热力的设计优化

热力设计优化即进行的冷却塔总体结构的早期优化，并且为了确保冷却塔的冷却效率，此次热力设计优化一定要按照供水系统的优化结果进行。

其要考虑的因素较多，如下所示：

塔筒重要部位的几何大小比值

通常情况下，水塔高度的总值和塔底直径的比值H1/Db=1.2—1.4；进风口的高度和塔底直径的比值H2/Db=0.08—0.09；喉部高度和塔高度总值的比值Ha/H1=0.7—0.8；喉部直径和塔底直径的比值Da/Db=0.5—0.6。

塔高度的总值和淋水面积的选值搭配

建塔地点环境及地质的不同，影响塔高和淋水面积的选值搭配。例如：风力较强或地震频发且强度较大的地点，可适当降低塔高并相应的扩大淋水面积；在选址处地皮昂贵时，可适当降低塔高并相应减少淋水面积。

3.2.2结构本体的设计优化

结构本体的设计优化即在热力设计优化计算后，对冷却塔的结构本体进行设计优化。通常情况下，采取比利时哈蒙公司的TPH30335结构计算软件分析计算结果。

其要考虑的因素较多，如下所示：

风筒的几何大小比例

影响着水塔基底上拔力和壳体压力，喉部到塔顶长度与塔高度总值的比例I，通常情况下，I=0.15—0.3。

壳底斜率tanφ

壳体底部边缘与垂直轴夹角的正切tanφ，通常情况下，tanφ=0.20—0.32，壳底斜率也影响着风应力和水塔基底上拔力，在一定范围内，tanφ值越大，风应力和上拔力越小。

3.2.3冷却塔的优化计算

以自然通风双曲面冷却塔为例，具体的结构尺寸为：6000m²淋水面积，128.20m塔高，10.14m淋水顶处高程，8.40m进风口高程，52m喉直径，壳体的厚度最小值为0.17m，最大值为0.75m，选取环板基础和圆形截面。

由上表分析优化的参数及计算结果可得，考虑多种因素的影响，方法1最为合理。

总结

冷却塔在工业生产中的应用越来越广泛，其不同的类型适用于不同的目的的生产，所以，对于冷却塔的选型至关重要。本文综合国内外的研究文献，对冷却塔的定义及类型展开全面的研究，综合多种分类依据，举出多种冷却塔的类型，以双曲线逆流式自然通风冷却塔为例，针对其结构及工作效率进行优化设计。力求从更大程度上优化冷却塔的设计结构，提高使用效率和使用寿命，推动科技的不断进步。

参考文献

[1]刘明华；双曲线冷却塔结构优化计算与选型；电力建设；2000年10期

[2]程怀亮；冷却塔结构设计的若干问题；电力学报；1997年04期

[3]张翠娇；塔型参数对于大型冷却塔热力特性影响的数值计算研究；山东大学；2014年04期

作者简介

朱建国男（1979-），江苏昆山，无锡蓝天燃机热电有限公司，工程师，毕业于南京师范大学热能与动力工程专业