自然通风冷却塔冬季结冰原因及其处理对策

摘　要：对双曲线自然通风冷却塔的传热原理和配水系统进行了介绍，分析了冷却塔的冬季运行易结冰部位和原因，结合生产实践详细阐述了防止结冰的各种有效措施。

关键词：冷却塔；结冰；处理

1 自然通风冷却塔传热原理

　　自然通风逆流式冷却塔在我国闭式循环火电厂使用*多，这种塔型的通风筒常采用双曲线，用钢筋混凝土浇制，其循环水回水（热水）由管道通过竖井送入热水分配系统。这种配水系统在平面上呈网状布置，系槽式布水，然后通过喷溅装置，将水洒到填料上；经填料后成雨状落入蓄水池，冷却后的水由循环水泵抽走重新使用。塔筒底部为进风口，用人字柱或交叉柱支承。空气从进风口进入塔体，穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料（故称逆流式），通过收水器回收空气中的水滴后，再从塔筒出口排出。

    塔外冷空气进入冷却塔后，吸收由热水蒸发和接触散失的热量，温度增加，湿度变大，密度变小。因此，收水器以上的空气经常是饱和或接近饱和状态。塔外空气温度低、湿度小、密度大。由于塔内、外空气密度有差异，在进风口内外产生压差，致使塔外空气源源不断地流进塔内而无需通风机械提供动力，故称为自然通风。

2  冷却塔的配水和喷溅装置

2.1冷却塔的配水

    循环水回水（热水）由管道送入冷却塔，经四个竖井至槽式配水系统（由主水槽、分水槽和配水槽组成的三级栅栏状配水结构），将水分布到整个塔的断面上，再由喷溅装置将热水转变成小水滴，尽量均匀地洒在填料上，以提高冷却效果。整个过程包括：将热水升到配水高程，分配到整个填料断面，通过喷头洒到填料上。

    水槽的布置原则是配水均匀，水头损失小，对气流的阻力小，便于维修。为了配水均匀，槽内水面应保持基本水平。

2.2喷溅装置

    喷溅装置基本上可以分成两类，一类是靠冲击力将成股的水扯成水滴；另一类是旋转型的，靠离心力将水流扯开，洒向四周。前者要求水压较低，多用于槽式配水；后者要求水压较高，多用于管式配水。

3 冷却塔的结冰情况

   　我厂冷却塔冬季运行时，当气温较低时，塔的某些部位会出现结冰现象，影响正常运行。

3.1结冰部位及其原因

    （1）塔的进风口处。自然通风逆流式冷却塔，一般容易在塔的筒内壁下缘或者在挡水檐结冰，严重者连人字柱一起将进风口的大部份封堵，我厂冷却塔在上述部位也存在结冰，但不太严重。

    水结成冰必须具备一些条件，即水温降到冰点以下，要求水的含热量小，有充分的冷空气来冷却这些水。冰点又与水的流动有关，静止的水冰点高，流动的水冰点低。

　　塔的上述部位容易结冰是因为满足了这些结冰的条件：塔的内壁下缘处经常淋不到热水，只是从填料中溅出的水沿塔筒内壁流到这些部位，热水量不大；外部的冷空气以较高的流速从进风口上缘进入塔内，提供充分的低温空气；水的流速低、冰点高。

（2）填料及支承梁柱上。一般情况下当机组负荷减小，循环水温或水量降低及气温突然下降时，如不及时采取相应措施，就可能在填料下端部位及支承梁上结冰。结冰会将支承梁柱压坏或使填料塌落。我厂两台机组在冬季气温零度以下运行时，即使机组满负荷运行，上述部位结冰也还比较严重，有时还会将淋水填料拉掉下来。

（3）塔顶上。在自然通风冷却塔的塔筒顶部刚性环内外，由于出塔湿热空气的水蒸汽凝结在其上面结成冰。有的结成大的冰块，加重塔顶负荷，甚至会落下砸伤下面行人。

3.2 结冰的危害性

（1）影响塔的冷却效果。塔的进风口结成冰帘以后，进风面积减小，造成进风量减小，因而影响塔的冷却效果。填料处结冰以后，影响填料的效率，因而也影响了塔的冷却效果。

（2）增加结构的荷重。结冰以后，增加了冰的荷重，如果设计中未考虑此荷重或考虑不充分，就会造成结构物破坏。填料部分结冰后，会造成填料塌落，这种事例也不少。

（3）降低结构使用寿命。混凝土的多次冻融会减少使用寿命，尤其在有裂缝的部位，更易造成混凝土的破坏。

4　冷却塔防结冰措施

4.１采用热水旁路法

　　在通常运行期间，冷却塔内部的全部循环水都分布在填料上，然后在某些运行工况下，需要将部分或全部热水经旁路直接送到集水池内，以提高池水温度。

4.2 加设防冻管

　　在进风口上檐的塔筒内壁，加设一圈防冻管直接从进水管上引水，并加装一只引水阀起调节水量作用，设计防冻水量约为进塔总循环水量的20～40％。防冻管上开孔，向下喷水，形成一道热水幕，可防止塔在进风口处结冰。同时由于大量热水不经过填料冷却直接进入蓄水池，提高了蓄水池的水温，也可防止水池结冰。这种方法行之有效，但塔筒内壁安装空间较小，且费用较大费时费工，是否采用需在上述措施实施后再定。

4.3采用淋水填料分区运行的方式

　　在中小负荷或冬季运行的情况下热水不再送至塔中央的填料，而只是引入塔外围的填料形成所谓的干填料区和湿填料区，以增加外围的配水量形成高密度的环行降水区，使空气进入冷却塔的流动阻力增加，从而控制进入冷却塔的冷却空气量，同时冷却塔用以进行质交换的传热面积也大大减小，以达到防冻的目的。

4.４冷却塔进风口悬挂挡风板

　　悬挂挡风板的作用有：一是改善进风口处的保温条件，使该区域的水流不受寒风侵袭；二是减少进入塔内的空气量，使进风口处易结冰的区域得以改善，根据经验挡风板悬挂及调整的依据是淋水装置处的气温控制在０℃以上，池水温度在１０～１５℃以上，并且不出现大量的结冰现象。

4.４当同一冷却水系统中冷却塔的数量较多时，可减少运行的塔数

　　冷却塔在冬季停用时，宜选在气温相对较高的时间进行操作。

5 结语

    上述防止冷却塔结冰的措施，简单易行、操作方便、费用较低，生产实践中效果明显。将上述措施结合不同冷却塔的实际运行情况进行科学利用，必将起到有效防止冷却塔冬季结冰的作用。

原创作者：江苏良一冷却设备有限公司