专利名称：逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制技术。该技术通过在冷却塔进风圆周外设置一定数量的导风板、挡风板和隔音板构成多功能复合进风控制装置，，对进风流场均勻程度及进塔风量大小进行控制和优化，从而实现对冷却塔冷却效果的控制。本发明可以降低冷却塔的出水温度、预防冷却塔冰冻、降低冷却塔区域的噪音污染， 提高机组运行的经济性和安全性。本发明属于火电和核电领域。
背景技术：
逆流式自然通风冷却塔是目前电力系统广泛使用的冷却设备，其作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。作为电厂热力循环中的重要辅助设备，冷却塔节能潜力较大，其热力性能直接关系到电厂的经济效益。性能优良的冷却塔是保证汽轮机具有较高的热效率、安全运行及满负荷发电的前提条件。目前， 发电厂节能降耗主要集中于三大主机，而对循环水系统中的冷却塔缺乏足够的重视，甚至许多电厂忽略了冷却塔的维护和监督，导致冷却塔的冷却能力降低。国内的冷却塔效率普遍处于一个较低的水平，由于冷却塔经常在偏离设计条件的环境下工作，出塔水温高于设计值。冷却塔效率降低、冷却效果变差，会使进入凝汽器的冷却水温度升高，降低凝汽器的真空和冷却效果，进而导致汽轮机排汽压力和温度升高，增加机组的发电煤耗，最终导致机组出力降低，经济性变差。文献指出，对于300MW机组，冷却塔出塔水温升高1°C，循环热效率会降低0. 23%，机组煤耗率将增加0. 798%，热耗率将增加23. 39kJ/kWh，年煤耗量将增加 1676t，若按照每吨标煤800元计，运行费用每年增加约134万元。冷却塔的冷却效果受多方面因素的影响，如环境气象参数、冷却塔设计参数、机组运行负荷等。调查发现国内外发电厂大多重视冷却塔水侧性能的改善，包括改变填料、配水型式、喷嘴结构、喷嘴布置方式等，冷却塔的改造很少涉及到气侧流场。近年来，人们已经逐渐认识到自然风对于冷却塔的不利影响并积极寻求有效措施，但是目前大部分研究还只是针对干式冷却塔，而对湿式冷却塔的防风措施及其对于冷却塔性能的影响还未展开深入的研究。自然风是影响冷却塔冷却效果的一个重要因素。由于自然风是一个随机变量，某一点的风速和风向是随着时间不断变化的，并不等同于模拟试验里的恒定流，所以现场测试的结果具有一定的随机性，而自然风对于冷却塔的影响非常复杂，和塔的类型、形状、负荷大小等因素也有关，研究人员进行了大量室内模拟测试和室外原体测试工作，但迄今为止仍难以给出较为准确的表达式。自然风环境下，影响冷却塔传热、传质性能的主要因素是塔内通风量以及风速在填料区分布的均勻性，而通风量和风速均勻性主要受塔底周向进风口风速的影响。无风时，塔底周向进风是均勻轴对称的，即塔内填料各处的传热传质性能也是轴对称分布的；有风时，外界风速的变化对塔底四周风速有较大影响，即对通风量有较大影响。当风速达到 0. 5m/s左右时，迎风面风速增大，背风面风速减小，侧风区的风速也出现减小的趋势，冷却塔沿底部圆周进风不均勻，在进塔和出塔处存在涡流，进风阻力增大，冷却塔的总体通风量减小，塔内的传热、传质性能减弱。我国北方地区冷却塔冬季运行时，因气温过低会引起冷却塔的某些部位结冰，从而影响冷却塔的正常运行。结冰具有严重的危害性，会影响塔的冷却效果，增加结构的荷重，降低混凝土结构的使用寿命，造成管道阀门的冻裂等。此外，逆流式自然通风冷却塔的淋水出填料后直接落入水池，降落高度大，是冷却塔噪声的主要来源，该噪声从进风口传出，对周围造成严重的噪声污染。
发明内容
本发明针对现有的逆流式自然通风冷却塔在设计、运行中存在的诸多问题，目的在于提供一种能够提高冷却塔进风均勻性，改善冷却塔的性能，降低循环水出塔温度，提高机组运行经济性，在寒冷的冬季防止冷却塔结冰，降低冷却塔周边噪音污染的多功能复合进风控制装置。本发明采用的技术方案为逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特点在于在冷却塔进风圆周外设置一定数量的导风板、挡风板和隔音板构成多功能复合进风控制装置；多功能复合进风控制装置与冷却塔圆周直径之间形成夹角；多功能复合进风控制装置设置在相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处。其中，导风板的数量根据冷却塔的尺寸、冷却能力、冷却塔周边设施布置情况等因素确定。冷却塔淋水面积越大，设置导风板的数量越多；导风板的数量为人字型支柱数量的 0. 25,0. 5,0. 75或1. 0倍；导风板环绕冷却塔进风圆周均勻设置在相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处，当遇到三角形进风口处有管道、设备、平台或建筑物时，该处不设置导风板。进一步讲，导风板形状有多种，可以根据冷却塔的实际情况从下列几类板型中酌情选用
(1)菱形平板菱形的锐角为75 80度。导风板高度值H限定在冷却塔进风口高度的 0. 8 1.0倍。导风板的厚度d为15(T300mm。导风板的两斜边倒圆角，其半径R为75 175mm。(2)矩形平板此类导风板型式按照尺寸可分为正方形导风板、矮长矩形导风板 (即导风板高度H<导风板长度L)和高短矩形导风板(即导风板高度H>导风板长度L)。导风板的厚度d为15(T300mm。导风板的两竖直边倒圆角，其半径R为75 175mm。(3)倒置的直角梯形平板该梯形导风板的两条平行边中较长的边为导风板的顶部进风端，较短的边与地面基础固定，直角边为导风板的侧部进风端，斜边靠近且平行于冷却塔底部进风圆周相邻两个人字型支柱之间的三角进风面。梯形的锐角为75 80度。导风板的厚度d为15(T300mm。导风板的直角边和斜边倒圆角，其半径R为75 175mm。(4)上述(2)、(3)中涉及的导风板的高度值H限定在冷却塔进风口高度的0.^1.0 倍。导风板的长度L根据冷却塔进风圆周附近的场地情况确定，其值限定在导风板高度H 的0. 5^1. 0倍。在不影响冷却塔周边设施布置与道路通行的前提下，导风板的长度尽量选择较大值以增大相邻导风板之间的进风通流面积，进而增加冷却塔进风量。(5)横剖面为翼型的矩形导风板导风板高度值H限定在冷却塔进风口高度的 O.fl.O倍。导风板横剖面为对称翼型，翼弦长度L (即导风板长度)为导风板高度H的
41. (Tl. 5倍。最大相对厚度(c/L)为49Γ9%，最大厚度的相对位置(X。/L)为30%，前缘半径r 为75 175mm，后缘角B不超过30°。再进一步讲还包含有挡风板，该挡风板设置于两个导风板之间的顶部进风端和 /或侧部进风端。更一步讲还包含有隔音板，该隔音板设置于两个导风板之间的侧部进风端。本发明具有如下有益效果
1、在冷却塔进风圆周外设置一定数量的导风板、挡风板和隔音板构成多功能复合进风控制装置，通过其导流作用将自然风的不利影响转为有利影响，使冷却塔的进风方式、进风区域、进风量、气流分布都发生变化，主要表现在冷却塔周边进风均勻性明显提高，冷却塔周边进入冷却塔的空气(水平)区域扩大使得冷却塔进风量提高129Γ30%，在冷却塔内部形成稳定的上升气流，使空气均勻地穿透冷却塔内部，减少了塔内的漩涡区间。2、对于北方严寒地区冬季有预防冷却塔冰冻要求时，可于冬季在导风板之间的进风通道处(顶部进风端和/或侧部进风端)悬挂一定数量的挡风板，通过将进风口部分面积封闭，留出一部分面积进风，使塔的进气量减少，提高流出填料和集水池的循环水温，从而防止冷却塔结冰，保证冷却塔的安全运行。由于挡风板也具有一定的隔音能力，如果厂区冷却塔附近有降噪需求高的建筑物，可在除冬季之外的其他季节保留朝向该建筑物的挡风板来起到隔音作用，或者在除冬季之外的其他季节在朝向该建筑物的导风板侧部进风端悬挂隔音板以满足建筑物的降噪需求。3、对于冬季无冷却塔防冻要求但冷却塔附近有降噪需求的建筑物时，可在朝向该建筑物侧的导风板侧部进风端上常年悬挂隔音板，以达到隔音降噪的效果。
图1是本发明逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置平面布置示意图。图2是本发明一较佳实施例的布置图。图3是图2沿K向的结构示意图。图4是图2沿L向的结构示意图。图5和图6是菱形平板导风板的形状示意图。图7至图12是矩形平板导风板的形状示意图。图13和图14是倒置的直角梯形平板导风板的形状示意图。图15和图16是横剖面为翼型的矩形导风板的形状示意图。
具体实施例方式本发明根据现有逆流式自然通风冷却塔技术存在的问题，提出了一种逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，请参见图1和图2所示，在冷却塔1底端人字型支柱外环绕冷却塔进风圆周外安装一定数量的导风板2，该导风板2垂直地面纵向设置，并与冷却塔圆周直径3之间形成夹角α (安装角度)，该夹角α的度数在(Γ45度之间。导风板 2在冷却塔1底部沿进风圆周等间距布置，其位置设置在两根人字型支柱4之间形成的三角形进风口处，并根据实际的需求确定导风板的安装数量，遇到三角形进风口处有管道、设备、平台或建筑物时，该处不设置导风板。
请参见图5和图6所示，以菱形平板导风板为例为保证导风板靠近冷却塔的斜边与冷却塔底部每两根人字型支柱之间的三角形进风面平行，菱形的锐角为75 80度。导风板的材料和结构型式根据厂区的气候条件和冬季冷却塔防冰冻要求确定。对于冬季有预防冷却塔结冰要求的地区如北方寒冷地区，导风板的材料选用强度等级为C3(TC45之间的混凝土，采用现浇钢筋混凝土结构；对于冬季没有预防冷却塔结冰要求的地区如南方地区，导风板采用钢结构骨架加钢蒙皮的型式。导风板高度H为进风口高度的O.fl.O倍。钢筋混凝土结构的导风板厚度d为150mnT350mm，底部取上限，顶部取下限；钢结构骨架加钢蒙皮结构的导风板厚度d为200mm。导风板的安装距离为(导风板靠近冷却塔的斜边与冷却塔进风口的间隙X30(T500mm，导风板的安装角度为(Γ45度，每个导风板的安装角度可以不同，该安装角度主要根据厂区气象条件和导风板所处的位置来确定。导风板的两斜边倒圆角，其半径R为75 175mm。
导风板还可以为矩形平板、倒置的直角梯形平板或横剖面为翼型的矩形导风板等多种形式或其组合。
请参见图7至图12所示，其为矩形导风板的结构示意图。此类导风板型式按照尺寸可分为正方形导风板、矮长矩形导风板(即导风板高度H<导风板长度L)和高短矩形导风板(即导风板高度H>导风板长度L)。导风板的厚度d为15(T300mm。导风板的两竖直边倒圆角，其半径R为75 175mm。
请参见图13和图14所示，其为倒置的直角梯形导风板。该梯形导风板的两条平行边中较长的边为导风板的顶部进风端，较短的边与地面基础固定，直角边为导风板的侧部进风端，斜边靠近且平行于冷却塔底部进风圆周相邻两个人字型支柱之间的三角进风面。 梯形的锐角为75 80度。导风板的厚度d为15(T300mm。导风板的直角边和斜边倒圆角，其半径R为75 175mm。
上述矩形导风板导风板和直角梯形导风板高度值H限定在冷却塔进风口高度的 0.纩1. 0倍。导风板的长度L根据冷却塔进风圆周附近的场地情况确定，其值限定在导风板高度H的0. 5^1. 5倍。在不影响冷却塔周边设施布置与道路通行的前提下，导风板的长度尽量选择较大值以增大相邻导风板之间的进风通流面积，进而增加冷却塔进风量。
请参见图15和图16所示，其为横剖面为翼型的矩形导风板。导风板高度值H限定在冷却塔进风口高度的O.fl.O倍。导风板横剖面为对称翼型，翼弦长度L (即导风板长度)为导风板高度H的1. (Tl. 5倍。最大相对厚度(c/L)为49Γ9%，最大厚度的相对位置 (Xc/L>为30%，前缘半径r为75 175mm，后缘角B不超过30°。
本发明逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置还可以包含有挡风板5 和隔音板6，请参见图3和图4所示，其中，挡风板5设置在相邻的两个导风板之间的进风通道处，进风通道包括顶部进风端和侧部进风端。挡风板5可以单独设置在侧部进风端，也可以根据实际需要设置在顶部进风端和侧部进风端。为了配合挡风板的安装，在相邻的两个导风板之间设置支架用于悬挂挡风板。在导风板上预埋埋件用于焊接悬挂挡风板的支架，其中支架梁可选用槽钢、角钢或圆钢，埋件的位置在导风板顶部进风端和侧部进风端的边缘处。挡风板材料的选取需满足风载荷、防腐等要求，可以选用玻璃钢。挡风板通常由若干子板构成，子挡风板形状为近似平行四边形，长度约3000mm，宽度约1000mm，厚度约8mm。 悬挂在导风板侧部进风端的挡风板可分为上、中、下三层，每一层悬挂4飞个子挡风板；悬挂在冷却塔顶部进风端的挡风板分为三列，每列设4飞个子挡风板；子挡风板的长度和宽度根据导风板边长和相邻导风板之间的进风通道宽度来确定。各层、各列的子挡风板涂以不同的颜色和标识字符加以区别。
其中，所述隔音板6设置在相邻两个导风板之间进风通道的侧部进风端。在导风板上预埋若干埋件用于焊接悬挂隔音板的支架，其中支架梁可选用槽钢、角钢或圆钢，钢材强度满足隔音板的自重和风荷载要求。埋件的位置在导风板侧部进风端的边缘上。隔音板材料选用软质纤维、PMMA料或聚碳酸脂板，隔音板满足风载荷、防腐等要求。隔音板6通常为若干子板构成，子隔音板形状为近似平行四边形，长度约3000mm，宽度约1000mm，厚度约 100mm。悬挂在导风板侧部进风端的隔音板可分为上、中、下三层，每一层悬挂4飞个子隔音板，子隔音板长度和宽度根据导风板边长和相邻导风板之间的进风通道宽度来确定。隔音板悬挂在朝向有降噪需求的建筑物这一侧的数个导风板上，其他进风区域不需要悬挂隔音板。各层的子隔音板涂以不同的颜色和标识字符加以区别。
对于冬季有预防冷却塔结冰要求的地区如北方寒冷地区，需同时设置导风板和挡风板。挡风板主要在北方寒冷地区冬季使用，其他季节不需要悬挂挡风板。如果冷却塔附近有降噪隔音要求较高的建筑物，则朝向该建筑物的导风板侧部进风端上所悬挂的挡风板可以常年保留以起到隔音作用，或者在除冬季之外的其他季节在朝向该建筑物的导风板侧部进风端悬挂隔音板。对于冬季无预防冷却塔结冰要求的地区如南方地区，设置导风板，不设置挡风板。如果冷却塔附近有《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)规定的A、B类房间的建筑物，如办公室、值班室、休息室、宿舍楼等，且冷却塔的噪声水平超过了规范规定的标准，需同时设置导风板和隔音板。
以下为本发明的一个具体的实施案例，用于说明本技术方案的有益效果 北方寒冷地区某电厂2X600MW机组，每台机组配一台淋水面积为6500m2的逆流式自然通风冷却塔，冷却塔零米直径为l(Mm，进风口高度8. lm，塔出口直径6細，冷却塔底部有 88根人字型支柱。TRL工况下冷却塔出水温度约31. 4°C，冷却水温降幅约9. 5°C。该地区多年平均风速4. 7m/s,自然风对冷却塔热力性能影响较大。
现将本发明涉及的一种逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制技术运用于该电厂，为其中的一个冷却塔配置多功能复合进风控制装置。
该冷却塔周边建筑物分布与环境概况为(1)环绕冷却塔底部进风圆周有一条宽 5m的环形水泥检修通道，周围是草坪绿化带；(2)冷却塔底部正北方紧挨进风口的区域有冷却塔进水管道阀门室一间，占地约i:3mX 18m; (3)冷却塔正西方紧挨进风口的区域有一部钢梯通向冷却塔填料层人孔，占地约8mX9m ； (4)冷却塔正南方距进风口约IOm处有一条宽4. 2m的厂区道路，并有一条宽为4. 2m的路将该厂区道路与环形检修通道连接起来；(5) 冷却塔正北偏东4(Γ70度范围内紧挨检修通道有一条冷却塔回水沟，占地约26mX Hm ； (6) 冷却塔正北偏西2(Γ50度的区域距冷却塔中心约97m处有一栋办公楼，占地约70mX 15m,冷却塔噪声污染较严重，需要采取隔音降噪措施。
针对上述条件，提出如下多功能复合进风控制装置布置方案鉴于冷却塔周边有(2广(5)涉及的诸多不适合布置导风板的区域，这些区域分布分散， 将冷却塔底部进风圆周外理论上可用于布置导风板的环状区域分割为多个部分，为充分保证每个部分的进风控制效果，现采用在每两根人字型支柱组成的三角形进风面处设置一个导风板，即理论上沿冷却塔底部进风圆周均勻设置88个导风板，除去上述(2广(5)涉及的区域之后，冷却塔底部进风圆周外共可布置71个导风板。
参看图2，导风板选用C30现浇混凝土结构，导风板形状为菱形，锐角75度，高度 8100m,边长8385mm，底部厚度350mm，顶部厚度150mm，距冷却塔进风口的安装距离500mm， 安装角度为15度。
参看图2、图3和图4，在相邻的两个导风板进风通道侧部进风端上安装3排、每排 4个共12个挡风板，在顶部进风端上安装3列、每列4个共12个挡风板，挡风板数量共计 1608块。在上述(6)涉及的需要采取隔音降噪措施的区域共有11个导风板，相邻两个导风板的侧部进风端上安装的挡风板可以起到隔音降噪作用，可以全年保留，数量共计120块。
本方案预期可使该冷却塔循环水出塔水温降低1. 2°C，相应地供电煤耗可降低 1. 2g/kWh，冬季冷却塔不会出现结冰现象，办公室区域的噪声水平降至50dB以下。按年利用小时5500h、年发电量33 X 108kWh、煤价800元/t计算，该方案年可节约标准煤3960t，年可节约运行费用316. 8万元。该工程投资约435万元，回收期约为16个月。由此可见，本方案节能效果明显、经济效益显著。
权利要求
1.逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，在冷却塔底部进风圆周外设置一定数量的导风板、挡风板和隔音板构成多功能复合进风控制装置，其特征在于多功能复合进风控制装置垂直地面设置，与冷却塔圆周直径之间形成夹角。
2.如权利要求1所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该多功能复合进风控制装置设置在两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处。
3.如权利要求1所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该夹角为(Γ45度。
4.如权利要求3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于导风板的数量为人字型支柱数量的0. 25,0. 5,0. 75或1. 0倍；导风板环绕冷却塔进风圆周均勻设置在相邻两根人字型支柱之间形成的三角形进风口处。
5.如权利要求3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该导风板为菱形平板，菱形的锐角为75 80度，导风板高度在冷却塔进风口高度的 0. 8 1. 0倍，导风板的厚度为15(T300mm，两斜边倒圆角，其半径为75 175mm。
6.如权利要求3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该导风板为正方形导风板、矮长矩形导风板或高短矩形导风板，导风板的厚度为 15(T300mm，两竖直边倒圆角，其半径为75 175mm。
7.如权利要求3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该导风板为倒置的直角梯形，两条平行边中较长的边为导风板的顶部进风端，较短的边与地面基础固定，直角边为导风板的侧部进风端，斜边靠近且平行于冷却塔底部进风圆周相邻两个人字型支柱之间的三角进风面，梯形的锐角为75 80度，导风板的厚度为 15(T300mm，导风板的直角边和斜边倒圆角，其半径为75 175mm。
8.如权利要求6或7所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于导风板高度值限定在冷却塔进风口高度的0. 8^1. 0倍，导风板的长度值限定在导风板高度的0. 5 1.5倍。
9.如权利要求1、2或3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于该导风板是横剖面为翼型的矩形导风板，导风板高度值在冷却塔进风口高度的 0. 8^1. 0倍，横剖面为对称翼型，翼弦长度为导风板高度的1. (Tl. 5倍，最大相对厚度为 4% 9%，最大厚度的相对位置为30%，前缘半径为75 175mm，后缘角不超过30°。
10.如权利要求1、2或3所述的逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，其特征在于还包含有挡风板或隔音板；该挡风板设置于两个导风板之间的顶部进风端和/或侧部进风端；该隔音板设置于两个导风板之间的侧部进风端。
全文摘要
本发明逆流式自然通风冷却塔多功能复合进风控制装置，在冷却塔进风圆周外设置一定数量的导风板、挡风板和隔音板构成多功能复合进风控制装置，其中通过导风板提高冷却塔进风均匀性，改善冷却塔的性能，降低循环水出塔温度，提高机组运行经济性，通过设置挡风板，在寒冷的冬季防止冷却塔结冰，通过设置隔音板，降低冷却塔周边的噪音污染。
文档编号F28F25/12GK102538571SQ20101059522
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者张晓伟, 涂菁菁, 石 诚, 赵永宏, 陆翔 申请人:中国电力工程顾问集团科技开发有限公司