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电厂冷却塔填料的发展历史

[2014年3月29日]

19世纪,随着热力学的发展,冷却塔工业开始成为独立的研究对象。卡诺在l824年发表的《热原理的思考》中谈到,只有温度由高向低变化时,热才可以转化为功,这就是热力学第二定律的基础。但他没有认识到做功吸收了能量而使温度降低。1843年,焦耳论证了机械功与热能等值,从而建立了热力学第一定律。综合以上两定律,热通过蒸汽机就像水通过涡轮机,只有将温度或压力降到最小值,才能利用所有的能量。冷却塔的作用就是通过降低冷却水的温度而提高效率。

  电厂的发展与对提高工作效率的追求是冷却塔发展最主要的原因。早期的电厂一般建在河边或湖边,用自然界的河水或湖水对循环水进行冷却,这就是所谓的开式循环。河流与湖泊中的水的温度与大气的干球温度近似,有热负荷的水的温度都会高于它们。循环水中的热量通过热对流和热传导的方式进行传递,所以水表面的传热性能成为研究的重点。早期用到的水表面的传热规则都是通过经验确定的。斯隆总结了工业用水池许多年的数据,并且发展了一些更加易懂的公式用来预测冷却性能

  其实,最初的循环水冷却是在冷却池中进行的。在冷却池中,由于喷溅水与空气接触的表面积增加,落下的水接近湿球温度,所以会使散热率大大增加。《美国传热与通风工程导论》在1951年的研究论述中指出,在需要22.69W/m-K散热率的情况下,喷溅池占地面积是普通冷却池的1/50。同时,喷溅池的性能还决定于喷嘴的数量和大小、喷嘴压力、淋水的高度和风的速度。

  但随着电厂的发展,人们发现水池内水的冷却速度并不能满足凝汽器对真空的要求。于是出现了在水池中央树立木质塔的情况,这些塔内具有交错的木板。水由泵输送到平板以上几英尺的地方,然后喷溅而下,喷溅水沿平板留下的距离大约有12m,由此产生足够的蒸发冷却,使循环水温度降低大约19.4℃。木质塔的出现提高了水池的冷却能力。

  在实践中,人们渐渐认识到,冷却表面积的增大对冷却效果具有积极的影响,而冷却塔可以很好地在减小占地面积的基础上增大冷却面积,于是出现了一些早期的冷却塔。塔内的横板与竖板可以认为是最早的冷却塔填料形式。

  由于冷却塔的应用与冷却池相比,冷却塔具有占地面积小,冷却能力强,并且受环境影响小的特点,所以电厂中冷却塔的应用很快得到发展。荷兰工程师FK.Herson和GKuypem在1920年设计的双曲线塔,是电厂冷却塔运用的一个里程碑,这种冷却塔以其独特优点使它的应用延续至今。

  而冷却塔的心脏部分——填料,也随之得到很快发展。受喷溅池的影响,早期冷却塔内的填料都是喷溅型的——循环水与填料撞击形成小水滴,从而增大与周围空气的接触面积进行散热。20世纪6o年代出现了膜式填料——循环水主要是以在填料上形成水膜的方式进行散热。随后还出现了点滴薄膜式填料。

  喷溅型填料中,冷却水与空气的传热与传质过程主要是以小水滴与空气直接接触的形式进行,这种填料单位体积耗材少,允许的淋水密度大。膜式填料中,水、气热质交换主要在填料片上的水膜表面完成,冷效比喷溅填料高。点滴薄膜式填料性能处在喷溅式和薄膜式之间。

  近半个多世纪以来,填料的发展主要是以这几种形式为基础,根据不同的需要而进行优化。

 

 

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