論析冷卻塔結構及特點

王遠洋 羅振強 李吉家 馬桂霞 張學軍

摘要：冷卻塔（The cooling tower）是用水作為循環冷卻劑，從一系統中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置;其冷是利用水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產生蒸汽，蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業上或制冷空調中產生的余熱來降低水溫的蒸發散熱裝置，以保證系統的正常運行，裝置一般為桶狀，故名為冷卻塔。冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學，加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數，冷卻更是多因素，多變量與多效應綜合的過程。本文對橫流式冷卻塔結構進行了介紹，通過分析冷卻塔的特點，從而達到優化設計的目的。

關鍵詞：冷卻塔;結構;設計

橫流式冷卻塔是一種可將水冷卻的裝置。采用兩側進風，靠頂部的風機，使空氣經由塔兩側的填料，與熱水進行介質交換，濕熱空氣再排向塔外。水流從塔上部垂直落下，空氣水平流動通過淋水填料，氣流與水流正交的冷卻塔。

1.冷卻塔的種類

1）開式冷卻塔的冷卻原理就是，通過將循環水以噴霧方式，噴淋到玻璃纖維的填料上，通過水與空氣的接觸，達到換熱，再有風機帶動塔內氣流循環，將與水換熱后的熱氣流帶出，從而達到冷卻。

此種冷卻方式，首期的投入比較的少，但是運營成本較高（水耗、電耗）。

2）閉式冷卻塔的冷卻原理是，簡單來說是兩個循環：一個內循環、一個外循環。沒有填料，主核心部分為紫銅管表冷器。

①內循環：與對象設備對接，構成一個封閉式的循環系統（循環介質為軟水）。為對象設備進行冷卻，將對象設備中的熱量帶出到冷卻機組。

②外循環：在冷卻塔中，為冷卻塔本身進行降溫。不與內循環水相接觸，只是通過冷卻塔內的紫銅管表冷器進行換熱散熱。在此種冷卻方式下，通過自動控制，根據水溫設置電機的運行。

兩個循環，在春夏兩季環境溫度高的情況下，需要兩個循環同時運行。秋冬兩季環境溫度不高，大部分情況下只需一個內循環。

閉式冷卻塔，或稱密閉式冷卻塔，也稱封閉式冷卻塔，簡稱閉塔。

閉式冷卻塔源于蒸發冷卻器，而實際上乃是一種將水冷式冷卻器和常規冷卻塔的性能相結合的熱交換器，也是一種界于水冷器與空冷器之間的熱交換器，所以還有廠家稱之為“蒸發空冷器”。

2、冷卻塔的結構

2.1冷卻塔塔體（F.R.P）

F.R.P材質一般稱為纖維強化樹脂，在國內被稱為玻璃鋼;乃是將玻璃纖維涂浸樹脂為一層，再由數層玻璃纖維涂浸樹脂所組成。F.R.P包含了玻璃纖維的強固性，有足夠的結構強度來抵抗高風速以及強震，即使遭受外力侵襲破損，仍然可以很容易的在工地現場修復。

所有的F.R.P材料都有外部膠殼，膠殼中均含有紫外線抑制劑，以保證塔體以及水盤的結構的完整不受紫外線的侵襲、破壞。膠殼的外表的非常的平滑、光亮美觀，且具有耐久性，不需作外表的維護、保養工作。

2.2冷卻塔設計

本冷卻塔是方形橫流，橫流抽吸式設計。軸流式的風機于水塔的頂端，也就是出風口處，瓶狀風口外形設計，免除了必需考慮風向來決定水塔擺放位置的限制。瓶狀外形及抽吸式風機設計，能有效提高風量以及降低電機的電力消耗。

2.3冷卻塔水盤（E.R.P）

水盤與塔體一樣是以F.R.P材料制造，碗狀設計能使盤維持最少的水量，而不致使空氣吸進系統，水盤中裝有排水口以方便水盤清洗作業，所有的配管接頭都裝設在方便配管工作的位置。

2.4冷卻塔支架

HKY型的水塔支架是采用F.R.P材料與冷卻塔一體成型，具有不生銹、耐化學性侵蝕的特性，至于大型HKY型則采用熱浸鍍鋅鋼管制成的支架，亦有良好的防銹功能。

2.5散熱材（P.V.C.蜂巢型）

冷卻塔散熱材是采用硬質P.V.C.布，以熱壓成型或真空成型所制成，其特殊的成型設計，能使空氣與水的接觸面達到最大，使熱交換率也達到最大。散熱材的P.V.C.布材質，耐腐蝕以及生物性的侵蝕，如冷卻塔能保持水質潔凈，則散熱材可保長期使用。P.V.C.布的耐熱溫度為，瞬間耐溫50℃，長期使用耐溫45℃。

2.6散水系統

布水系統：方形橫流式冷卻塔采用固定管式布水系統，配用三濺式噴嘴布水，具有配水均勻、低水壓、不淤塞等特點，將水流均勻分散后布灑到填料上，確保熱交換的充分進行。

3、冷卻塔的結構特征

1）塔體：型線合理，氣流平穩，材質優良，色彩鮮艷，表面膠衣樹脂內含有抗紫外線劑，耐老化，強度高，重量輕，耐腐蝕。下塔體按訂貨要求，可配有溢水、排污、自動給水管，可由此處直接吸水，省去冷卻池，上面裝有防噪消聲墊，有效降低了滴水聲。

2）填料：采用改性聚氯乙烯波片，橫向增加了凸筋，水的再分配能力強，阻力小，熱力性能好，耐高溫70度、低溫50度，阻燃性好。

3）旋轉布水器及布水管：裝有不銹鋼球軸承，運轉靈活可靠，水頭低，布水均勻，采用鋁合金或制成的布水管，管上安裝收水板，克服了飄水現象。

4）風機：由清華大學工程力學系根據系列冷卻塔參數設計的低噪聲、高效率風機，鋁合金板翼型或葉片、噪聲小、效率高。

5）電機：由清華大學電機系在Y型系列安裝尺寸的基礎上，為冷卻塔設計的低噪聲節能電機、密封防水性能好、耐高溫、效率高、噪聲小。

6）減速裝置：采用了滌綸纖維增強氯丁橡膠動力帶傳動，耐高溫、效率高，遇水不伸展，克服了打滑現象，噪聲很小。

7）吸聲設施：超低噪聲型冷卻塔在進風口外增加了帶吸聲材料的屏蔽，并在上下兩部裝有吸聲柵，以達到最大的降噪效果。在上塔體出風口安裝了帶吸聲材料的喇叭口屏蔽及吸聲柵，降低了風機及電機傳出來的噪聲。

8）進風窗：裝有百葉片，減少飄水，氣流阻力小，特別適合北方地區及全年都需要使用冷卻塔的單位。