电厂冷却塔的作用和原理

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在我所居住的附近就有一座火力发电厂，在发电厂的厂区里就耸立着这么两座具有双曲线型的冷却塔，我们时常能在冷却塔的上部看到有白色的水蒸气随风升起。在我小时候总以为这个冷却塔是发电厂里的烟囱呢，直到上了中学在解析几何中讲到双曲线的知识时，老师在举具体事例时讲到了发电厂的这几个具有双曲线造型的高大建筑才知道它的名字叫冷却塔，它专门是为热力发电厂里的冷凝器修建的，在热力发电厂中是一个非常重要的建筑物，下面我们一起来聊聊发电厂中的冷却塔的作用和原理吧。

发电厂冷却塔的作用

我们知道火力发电厂作为我们国家现在主要的发电形式之一，在一些内陆城市会经常看到有这样高耸入云的建筑物，它是热力发电厂的主要标志性建筑，这个具有双曲线形状的建筑物叫冷却塔，它的主要作用是把蒸汽轮机里出来的水蒸气在凝汽器中冷却出水的一种装置，由于建立热电厂的地区一般水资源都不充足，在发电过程中需要把大量水加热到水蒸汽的状态，通过水蒸汽来推动蒸汽轮机旋转从而带动发电机运转发电。在这个过程中为了节约用水，就需要建造一个循环冷却水的装置和建筑，这样以来就可以把冷凝器中排出的热水在冷却塔中冷却后就可以重复利用了。由于热力发电厂一般功率都比较大，为了提高冷却的效率一般都是把冷却塔的外形建成双曲线形状的。

对于发电厂的冷却塔一般是有四部分组成，它们分别是由塔身、支柱、集水池和淋水装置构成。集水池一般在冷却塔的最下面，深度一般在2米左右，它的形状是圆形的。支柱是冷却塔的支撑结构，它不但要能够承受冷却塔身的自身重力，同时还要能够适应温度的变化带来的应力以及风力的影响，从外观看，它的支柱都是双向倾斜状的，像“V”字形结构。为了增强通风效果，提高冷却效率，除了外形按双抛物线设计外，在建造结构上采用的是无梁柱的薄壁空间结构，所用材料是钢筋混凝土。一般冷却塔通风筒部分包括下环梁、筒壁和塔顶刚性环三部分组成。

为了有较好的通风效果，热力发电厂的冷却塔高度一般都在70米到150米这个高度的范围，塔底的直径范围一般在60米到120米的范围。由于双曲线型冷却塔占地面积有限，并且布置紧凑，水量损失小同时冷却效果不受风力影响，在大型热力发电厂的冷却塔一般都用这种结构。

热力发电厂冷却塔的原理

我们先看一下冷却塔的结构，冷却塔的上部称为风筒，在冷却塔10米以下位置是配水槽和淋水装置。由于热电厂的冷却塔一般都采用是双曲线外形并且比较高这些都会形成上下的空气压差，因此就会有风从塔底进入从塔顶流出来了。这时冷却塔里通风的空气以一定的角度吹向滴下来的热水，当空气通过这些水滴的时候，一部分水就蒸发了，我们看到冷却塔上烟雾缭绕的那些雾气就是蒸发在空气中的水蒸气。由于蒸发水滴热量的原因就会使水的温度降低。

我们从冷却塔的工作示意图中可以看出从蒸汽轮发电机冷凝器来的热水打到水塔中部喷射成水滴状，水滴下落时会遇到上升的冷风，从而冷却了热水，而加热了空气，这样就会使得空气在水塔中的流动更快，冷却热水的效果更好。被冷却的水滴下落到塔底的水池内收回，重新打入汽轮发电机的凝结器，继续循环使用。从这里我们就可以看出，热力发电厂冷却塔的主要工作过程是利用水与空气流动接触后进行冷热交换时产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热的目的。冷却塔在工作时，水从配水槽向下流淋滴溅，空气从塔底侧面进入，与水充分接触后带着热量向上排出，冷却过程以蒸发散热为主，一小部分为对流散热。

为我们也可以从物理的热力学定律中解释这个问题，当高温热源与低温热源温差越大的时候，它们的内能转化为机械能就越多。我们看到热力发电厂一般都有两个以上的冷却塔。它是利用自然通风冷却塔，在没有风机作为排风动力时，水会从上面淋下来，热空气会向上走，这样就带走了大量的热量，使大量没法重新利用的水蒸气变成水得到了循环利用的目的，这种冷却方式有点类似我们平时看到的“烟囱原理”，这种冷却塔一般比较高大，外形呈现双曲线形状。