西北电力设计院有限公司西安710075
摘要：介绍了发电厂冷却塔填料的由来及其在国内外的发展和各种填料的性能。对填料进行了研究，指出了冷却塔运行中存在的问题。在此基础上，总结了提高冷却塔冷却效率的措施，并从中吸取经验教训，为进一步提高冷却塔的冷却效率指明了方向。
关键词：电厂冷却塔填料；冷却效率；发展；研究
1前言
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。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。
2电厂冷却塔发展状况
电厂的发展和提高冷却效率的需求求是冷却塔发展的主要原因。早期，发电厂建在河流或湖泊附近，用自然水或湖水冷却循环水。这就是所谓的开放循环。河流湖泊的水温与大气的温度相似，需要循环水量较高。循环水的传热是通过对流换热进行的，因此水面的传热性能一直是研究的热点。早期水的传热规律是由经验决定的。
实际上因地理位置限制，循环水的初始冷却是在冷却池中进行的。在冷却池中，随着飞溅水与空气接触面积的增大，下降水接近湿球温度，散热率大幅度提高。然而，随着电厂的发展，发现水箱内的冷却速度不足以满足凝汽器对真空的要求。水池中间有一座木塔，木板交错排列。从泵的上方几英尺的水平，然后溅落，飞溅的水沿左侧板距离约12米，造成蒸发冷却不够，循环水的温度是19.4℃左右的木制塔的出现提高了冷却能力。
在实践中，人们逐渐认识到冷却面积的增大对冷却塔的冷却效果有着积极的影响，冷却面积的增大可以有效地增加冷却面积，因此有一些早期的冷却塔。横向和垂直板式塔可以看作是冷却塔填料的最早形式。
冷却塔的心脏部分，填料，也得到了迅速发展。在飞溅池的作用下，早期冷却塔的填料被喷溅，循环水与填料形成一小滴，从而增加与周围空气的接触面积以散热。20世纪60年代，膜填料回收水主要通过在包装上形成水膜来实现。随后，还发现了滴膜填料。
在飞溅填料中，冷却水和空气的传热传质过程主要是小水滴直接与空气接触的形式。这种填料的单位体积耗水量少，水密度大。在膜填料中，水和气的热质交换主要完成在填料片表面的水膜上，冷效应高于飞溅填料。滴膜填料的性能介于飞溅和胶片之间。半个多世纪以来，填料的发展主要以这些形式为基础，并根据不同的需求进行优化。
3分类
随着技术的发展，电厂冷却塔填料形式多种多样，从物料和形状两个方面对冷却塔填料进行分类和分析。
3.1材料分析：用于冷却塔包装的材料有木材、石棉水泥、水泥格栅、塑料、玻璃钢、陶瓷等。冷却塔最早使用的材料是木材。从冷却塔到1960年代，木材是现成的，冷却塔中几乎所有的填料都是用木材制成的。红木由于其防腐性能，是早期冷却塔填料中最常用的材料。红木长长，外形直而坚固，使用寿命长，使用方便，所以价格较高。后来，老桃花心木开始短缺，价格继续上涨。但生长时间短的新红木不能满足需求。有些新红木的塔甚至不能建造。道格拉斯一次而不是一段桃花心木。然而，虽然道格拉斯冷杉具有平直的形状，但其密度太高，对防腐剂的吸收效果不太好，在内部环境中很容易产生湿冷却塔的污染腐蚀。有些伤害是肉眼看不见的。它们会在木头上造成洞并变脆。在冷却塔是局部的，常有集中载荷很大，而且由于暴风或飓风的风荷载会产生很大的外部压力，冷却塔的强度低会给冷却塔带来灾难性的后果。人们开始寻找新的可靠的替代材料。
石棉水泥板被广泛用于在五和第二十世纪60年代冷却塔填料，这种材料具有很好的耐腐蚀性，但发现石棉水泥在生产过程中对环境有害，所以这种材料的应用逐渐减少，一些国家已经禁止它。
70年代左右，塑料填料的出现是冷却塔发展的重大创新。塑料填料首先用于供暖、通风和空调行业，后来应用于炼油和发电工业。填料具有优良的耐腐蚀性和长期使用性。塑料薄膜填料是冷却塔发展的一大革新，因为它增加了水和空气的接触面积，因而具有更好的冷却能力。然而，在高温和湿工况下的冷却塔中，塑料填料在3年左右后会老化变形，影响冷却效率。但冬季结冰会对塑料包装造成较大的影响，造成结冰负荷增大，小的冰填料从格栅上脱落。大量产生的碎片、填料、堵塞过滤器或冷凝器，影响机组的经济运行。
近年来，陶瓷填料逐渐应用于电厂冷却塔。陶瓷填料具有抗老化、几何变形不易做、不易脆裂、耐腐蚀、耐酸碱等特点。这种填料还具有防冻剂非常好的特性，15度浸泡2小时，熔化2小时（室内温水），重复50次不开裂。因此，陶瓷填料的使用寿命比较长，使用寿命为30年。这种包装的初期投资比较大。这个单位已经服役30年了，没有更换填料。运行、维护、保养费用低于其他材料。
3.2形状分析
冷却塔填料的形状差别决定了水的冷却。填料的结构可分为滴式、膜式和滴膜式。
3.1.1点滴式填料
滴水填料是冷却塔最早使用的填料。填料排列按照塔中的某些规则，当水滴时，会碰到这种水花，被抛成无数的小水滴，通过层层水花溅落，越来越细致，分布越来越均匀。水滴越小，比表面积越大。水是通过水滴在较大的比表面积，蒸发水和空气和水的热传导带达到冷却水的目的。
3.1.2薄膜包装
薄膜填料的问世是冷却塔填料的一大进步。这种填料是目前应用最广泛的冷却塔填料。它是一种压制各种波纹形状的PVC材料。当它被使用时，它被结合在一个立方体和一个塔中。水滴时，水在包装件的两侧形成两层薄薄的水膜。波纹复合填料片具有较大的表面积，连续分布时会使水脏，停留时间分布均匀，在包装表面喷水量增加。水是通过填充有巨大的表面积和水的蒸发，空气和水在冷却水中加热传导带，达到了目的。
3.1.3滴膜混合填料
有许多冷却塔装有滴水膜和薄膜填料。设计人员考虑这一点的原因主要来自以下几点：
（1）强化热性能。在逆流塔上，上部设有膜填料，下部为滴注填料，可降低填料对气流的阻力，减少污染，提高热力性能。在横流塔中，设计者错开了两个填料，提高了冷却水和空气之间的热量和质量传递，这优于单滴填料的热性能。
（2）高温条件。在逆流塔中，PVC薄膜填料和高温PVC膜填料所允许的最高冷却水温度为52℃和57℃，在高温下应更换顶部填料。在顶部放置滴填料可以很好地解决这个问题。这种方法可以把最大工作条件提高到82摄氏度。
（3）加快检修。冷却塔运行过程中，填料会受到一定的损坏，在冷却水最长的时间内会发生损坏，顶部填充层首先被破坏。这种加速的服务可以用水平格栅或涡轮飞溅填料代替膜填料代替。此外，涡轮填料的尺寸是膜填料的1/7，所以很快就会被换掉。使用这种填料，用户可以节省投资，减少每年的维护和运营成本。
4结束语
经过一个多世纪的发展，电厂的冷却塔已处于相对稳定的时期。随着冷却塔的发展，填料不断更新，在提高冷却塔性能方面发挥了重要作用。充填料占冷却塔总成本的20%～30%，冷却能力为60%～80%，填料性能优良，可大大提高冷却塔的冷却效率。
参考文献
[1]赵文升肖龙跃丁晓冬.发电厂冷却塔弧形布置填料层的特性分析[J].电力建设.2014（11）
[2]王锋.填料支承方式对冷却塔面积的影响分析[J].给水排水.2014（08）
[3]潘雯瑞.燃煤机组湿式冷却塔淋水填料结构与特性分析[J].上海电力学院学报.2011（01）
[4]陈剑波王银华王俊等.冷却塔淋水填料性能试验研究[J].工业用水与废水.2010（02）