表面活性劑

[拼音]:lengqueta

[英文]:cooling tower

火力電站及其他工業中用於迴圈冷卻水的高聳結構。在冷卻塔內依靠水的蒸發將水的熱量傳給空氣而使水冷卻。冷卻塔的冷卻能力與環境的空氣溫度、相對溼度、所要求達到的冷卻幅度(進塔水溫與冷卻後水溫之差)和冷卻幅高(冷卻後水溫與空氣溼球溫度之差)有關。冷卻能力以每小時的水負荷或熱負荷表示。

分類

根據冷卻過程的不同,冷卻塔分為溼式和乾式兩類。

溼式冷卻塔

主要以蒸發過程散熱。塔內水與空氣直接接觸進行熱交換:空氣豎向流過水平佈置的散熱裝置並與熱水下落方向相反的稱逆流式冷卻塔,如圖1和圖2。空氣水平流過豎向佈置的散熱裝置並與熱水下落方向相交的稱橫流式冷卻塔。

乾式冷卻塔

主要以傳導、對流散熱。塔內水與空氣不接觸而是經過帶鰭管組的散熱器與空氣接觸散熱。乾式冷卻塔耗資大、效率低,但省水。

近年來,新發展幹/溼式混合冷卻塔,熱水先通過幹塔部分進行降溫,然後流入溼塔部分再蒸發冷卻,兼有乾式和溼式冷卻塔的優點。

工藝要求

要完成散熱過程,必須有足夠的冷空氣通過塔內的散熱裝置進行熱交換。因此,冷卻塔應有通過氣流的結構(通風筒)和支承散熱裝置(溼式冷卻塔為配水、淋水裝置,乾式冷卻塔為帶鰭管的散熱器)的構架及冷卻水的回收裝置(溼式塔為集水池、乾式塔為回水管道)。通風方式有:

自然通風冷卻塔

以塔內、外空氣密度差為推動力產生氣流,故需要很高的通風筒以產生足夠的抽力。目前,世界上已建成高達170米,直徑為135米,每小時可冷卻水136200米3的冷卻塔。

機力通風冷卻塔

由風機產生氣流,風筒較短小,僅起排風導流作用。風機直徑較小(4.7~8.0米)的冷卻塔,多建成方格形的塔組;風機直徑較大(12.0~20.0米及以上)的冷卻塔,多建成圓形或多邊形的單個塔;最大風機直徑達26米。也有在一個圓形或多邊形的塔上裝設幾臺或十幾臺直徑較小的風機,以便調節負荷。風機可佈置成鼓風式或抽風式。

結構形式

為了節約能源,大型冷卻塔多用自然通風冷卻塔,它由通風筒、支柱和基礎組成。通風筒多為鋼筋混凝土雙曲線旋轉殼,具有較好的結構力學和流體力學特性。殼體下部邊緣支承在等距離的V形或X形斜支柱上,以構成冷卻塔的進風口。殼體的荷載經斜支柱傳到基礎上。基礎多做成帶斜面的環形基礎以承受由斜支柱傳來的部分環拉力,也可做成分離的單個基礎或樁基礎。

通風筒的喉部直徑最小,殼壁最薄,由此向上直徑逐漸增大構成氣流出口擴散段,塔頂處設有剛性環,或將塔壁區域性加厚以增加塔頂邊緣剛度。喉部以下按雙曲線形逐漸擴大,下段殼壁也相應加厚,形成一個具有一定剛度的下環樑。通風筒也可做成截頭錐殼或組合錐殼,或用鋼構架外包木護板或石棉水泥護板的多邊形塔筒。近幾年聯邦德國在施梅豪森的核電站的一座高146米,直徑為140米的乾式冷卻塔中採用了網索結構的塔筒,外包鋁質護板,具有較好的抗震和抗風效能。

機力通風冷卻的方格形、圓形或多邊形的塔體均為框架結構,並有進風口、通風筒和支承風機的結構,可按平面或空間結構進行分析。

淋水裝置構架為鋼筋混凝土結構,柱子可直接放在集水池底板上或支承在分離的單個基礎上。

鋼筋混凝土雙曲冷卻塔的計算

荷載

冷卻塔的荷載有自重、風荷載和溫度應力,在地震區還要考慮地震作用。

(1)自重,塔殼自重沿子午向產生薄膜壓應力。當計算殼體受壓穩定時,自重應乘以一個放大係數。當計算殼體上舉力時,乘以一個降低係數。

(2)風荷載。通風筒屬高聳薄壁結構,對風荷載特別敏感。人們研究了風壓沿殼面的分佈、塔群和鄰近高聳建築物對風壓分佈的影響及脈動風壓引起塔殼的動力反應等。作用在塔殼表面的風荷載常用風洞模型試驗或對原型塔實測的風壓分佈曲線作為設計依據。殼面的粗糙度對風壓負峰值有顯著影響,大型冷卻塔多在殼面佈置許多小肋以增加塔面的粗糙度,從而降低風壓負峰值。脈動風壓可用頻譜放大係數來調整。

(3)溫度應力。按溫度梯度沿塔壁厚度依線性變化,而沿環向為常值來進行計算。

(4)地震作用。響應譜法是估計冷卻塔地震作用的一種有效方法。用振型疊加法和標準反應譜可求得對應於每一振型的最大地震力和相應的內力,在冷卻塔的抗震設計中,通常只考慮一個水平地震力分量。豎向地震力僅對斜支柱、基礎和地基有影響。

計算原則

塔筒可作為彈性、各向同性的均質殼體進行分析。對大型塔筒,由於殼面出現裂縫或施工的幾何偏差,分析時應考慮其非線性和各向異性的影響。用分析彈性薄殼的彎矩理論來設計塔殼及其支柱。如果能用適當方法進行塔殼的區域性彎曲計算,也可用薄膜理論來設計。計算時必須考慮塔殼的真實幾何尺寸及邊界條件,其彈性變形值不得超過所用設計理論規定的極限值。設計下環樑時應考慮斜支柱的影響。柱子設計應與塔殼分析所得的力和彎矩相協調。設計時在工作荷載下應控制開裂及變形。

動力反應

脈動風壓引起塔殼的動力反應可用陣風響應因子來近似地估計。在殼面設環向小肋可改善塔殼的動力特性。

穩定分析

風荷載引起的應力可使塔殼喉部附近發生屈曲,塔殼的臨界屈曲壓力可根據模型試驗結果來估計,也可用穩定的分支理論按塔的理論幾何尺寸和邊界條件並考慮自重及由於開裂而使剛度降低的影響進行估計。考慮到材料的非線性和出現裂縫時剛度顯著降低,故屈曲安全係數通常不小於 5。當已考慮自重及開裂的影響時,安全係數不小於2。風和自重同時作用在塔殼上所引起的應力會使塔殼下部發生屈曲,塔殼幾何尺寸施工偏差超過正常的允許值時,會使塔殼的抗屈曲能力降低。

使用以有限元法作數值分析的計算機程式進行塔筒(雙曲線旋轉殼、截頭錐殼和組合錐殼)的靜力和動力分析設計,能滿足上述原則的要求。

參考文章

臭氧處理冷卻塔迴圈冷卻水原理及特點廢水治理冷卻塔檢修的危險點和控制措施安全管理暖通冷卻塔檢修的危險點和控制措施安全管理東北某熱電廠冷卻塔排汙水回用處理廢水治理