第25卷第2期 2009年3月
文章编号：1005-006X(2009)02-0004-04
电 站 系 统 工 程 Power System Engineering Vol.25 No.2
4
火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价
山东大学能源与动力工程学院 戴振会 孙奉仲 王宏国 高 明
摘 要：冷却塔的运行性能直接影响电厂的经济性和安全性。由于冷却塔运行的复杂性和影响因素的多样性，冷却塔性能的分析和评
价十分复杂。通过对评价方法和指标的分析，基于冷却塔现场运行数据，得到了能够正确、全面反映冷却塔性能的评价指标的动态变化，考察了冷却塔的一般性能规律，为合理制定机组负荷、规划冷端性能奠定了基础。基于现场运行数据动态分析了环境侧风的影响。
关键词：冷却塔；冷却性能；动态分析；现场运行数据；侧风 中图分类号：TK264.1 文献标识码：A
Dynamic Analysis and Evaluation of Cooling Tower Performance in Large Scale Power Plant
DAI Zhen-hui, SUN Feng-zhong, WANG Hong-guo, et al.
Abstract: The performance of cooling tower has a direct impact on the economical and safety running of power plant .As the complexity of operation and diversity of factors, analysis and evaluation of cooling tower performance are difficult and complex. Methods and index were analyzed, and based on operational data of cooling tower, through dynamic analysis of indexes, correct and comprehensive reflections of cooling tower performance were got. The general characteristics of cooling tower were also inspected; they provide basic information for the reasonable formulation of unit load and good plan of cold end performance. The influence of crosswind was investigated through dynamic analysis. Key words: cooling tower; cooling performance; dynamic analysis; operational data; cross-wind
冷却塔是火电站的重要辅助生产设备，冷却塔性能的好坏很大程度上影响电厂的经济性和安全性。在能源问题日益紧迫的今天，改善冷却塔冷却性能、提高冷却塔冷却效率的研究越来越受到人们的重视。
围绕冷却塔，人们已经作了许多研究工作，例如塔的型式、结构，主体材料、淋水填料、配水系统，以及节能、节水、降噪、防冻等。这些工作都是重要的、必要的。前人的研究表明
[1～3]
却塔的设计水平，提出改善冷却塔运行的有关措施具有重大现实意义。
1 冷却塔的性能分析与评价
1.1 冷却塔性能分析
一台具体的冷却塔有其固有的冷却性能，体现了可设计性、可测量性和可表征性。冷却塔的性能可以分为固有性能和运行性能。固有性能由冷却塔的物理结构，如塔高、塔形，以及填料、配水等的形式和结构所决定的，这些在冷却塔设计确定后一般不会发生变化。运行性能是冷却塔在不同的工况下实际运行的冷却效果，它主要受循环水温、循环水量以及环境因素等的影响。 1.2 冷却塔性能评价
国内外有许多评价冷却塔的冷却性能的方法。例如，按计算冷却水温评价，按实测冷却水温评价，特性曲线评价法，操作曲线评价法，特性系数评价法等。同时对冷却塔性能的表征指标也多种多样。
(1) 冷却数。现在人们借助于半理论半经验的方法，在一定的理论基础上，通过试验，再按一定方法，最终整理出一个经验公式（或用一条曲线——热力性能曲线）来表征某台冷却塔的冷却性能。最常用的就是GB7190.2-1997标准所采用的焓差法[4]。
m
表征形式为：N(λ)=Aλ (1)
，冷却塔的结构复杂，特别是湿式冷却塔内部
同时存在着空气与水的流动及其相互间的传热、传质过程，并且这些过程是相互耦合的，影响因素也很多。影响冷却塔性能的因素主要包括结构因素、设计因素以及工质因素等，而工质因素又包括环境因素和循环水两方面，因此有关冷却塔内传热传质性能的分析是非常复杂的。
研究人员对冷却塔的性能分析和评价作了大量的研究，大多数是模拟计算和模型试验，通过一定的性能指标来反映冷却塔自身的性能以及各种因素的影响。多年来，性能评价主要是传统的指标，包括冷却温差、冷却幅高和冷却效率等。传统的评价仅用这几个指标独立地分析冷却塔的性能变化规律。这些评价是静态的、间断的、理论上的或者是根据实验结果得出的，并没有全面反映冷却塔一年四季连续的运行状态，没有反映冷却塔的这些指标随着季节、环境温度以及机组负荷等参数变化的规律。只有了解冷却塔的动态变化规律、全面地分析评价冷却塔的特性，才能真正摸清冷却塔的冷却性能，指导工程实际运行，这一点在能源紧缺的今天尤为重要。因而对冷却塔性能进行动态分析评价，对于冷却塔的设计、施工和研究有着重要的指导意义，同时对于提高冷
收稿日期：2008-11-18
戴振会(1986-)，女，硕士研究生。济南，250061
式中：N——冷却塔的冷却数（特性数）；λ——气水比，是空气与水的质量比；A、m——由试验资料给出。
(2) 冷却塔的冷却温差。冷却塔的冷却温差是指冷却塔的进水温度t1与出水温度t2之差，即△t=t1-t2。冷却塔的任务就是将热水冷却，因此，冷却温差越大，就意味着冷却塔
第2期
的冷却效果就越好。
戴振会等：火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价 5
索冷却塔冷却性能随季节变化的一般规律，从机组DCS数据库中查取了某300 MW机组冷却塔2006年的运行数据。主要包括负荷、凝结水温度、凝结水流量、循环水进、出口温度，真空、端差、循环水泵开启台数及电流，同时核查了这些日期的气象资料，包括天气、风向及级数、温度以及相对湿度等。由于该机组没有具体的循环水量数据，但根据所使用的循环水泵的性能指标，循环水泵的电流与循环水量成正比，因此在分析过程中，用循环水泵的电流代替循环水量。
(3) 冷却塔的冷却幅高。冷却塔的冷却幅高是指冷却塔的出水温度t2与理论冷却极限温度τ的接近程度，即Tapp=t2-
τ。冷却幅高的值越小，冷却效果越好。但过分地减小冷却
幅高，将增加冷却塔的成本和外形尺寸。
(4) 冷却塔的效率系数。冷却塔的效率系数用于衡量冷却塔的完善程度，其公式为：
η=
t1−t2
×100% (2) t1−实际分析中发现各种评价指标并不能很好地全面地反映冷却塔的冷却性能，或者还存在一定的局限性，单纯用一个指标在各种不同的工况下不能得到确定的结论。如冷却塔的热力性能曲线仅供该台冷却塔冷却性能使用，不能供与其他冷却塔的冷却性能进行横向比较。冷却温差反映的是散热总量，但是冷却塔的真正冷却性能不是散热总量，而是散热水平[5]。
图1 机组负荷、循环水量的季节变化曲线
2 冷却塔性能综合、动态分析的重要性
一个好的冷却塔，首先要有尽可能大的冷却温差。冷却温差越大，在同样的汽轮机热负荷下所需的冷却水流量就越小，对减小循环水的管道、泵等输送部件的投资非常有利。但是，如果冷却塔的进水温度较高，即使冷却温差较大，冷却塔的出水温度值未必降低到符合凝汽器的要求。所以，单凭冷却温差不能完全说明问题。其次，还必须有尽可能小的冷却幅高，即出水温度要尽可能接近周围空气的湿球温度。冷却幅高越小，说明热水被冷却得越充分。所以一个好的冷却塔，不仅要有较大的进出水温差，还要有尽可能小的冷却幅高。从式（2）中可以看出，冷却塔的出水温度越接近环境的湿球温度，即冷却幅高越小，效率系数的值越接近于1。然而，考虑到式（2）中进水温度和环境湿球温度的影响，并不能说冷却幅高越小效率系数的值越大。
在冷却塔的性能分析和评价中，常常利用数值模拟和模型试验的方法。在各种数值模拟中，均设有大量的假设和前提条件，这样会导致计算结果脱离实际情况，很难指导工程实际。冷却塔的模型实验研究中很多因素可直接控制，可以较为准确地分析单个因素对冷却塔性能的影响。但实际运行中冷却塔内的水气流动是三维的，各个影响因素对冷却塔性能参数的影响是非线性的，而且彼此之间相互耦合，相互影响。对大型机组而言，冷却塔参数测量的难度较大，而且环境气象参数也不会随人的意志而改变，此时研究各个因素对冷却塔传热传质性能的影响以及评价冷却塔的整体运行性能较为困难。现有的评价方法和评价指标还存在一定的局限性和不足，特别是对已建成冷却塔在运行中的性能的评价和分析，以及不同冷却塔之间性能的比较中，很多理论上的计算公式和方法不能应用，因而需要从实际运行状况动态全面地分析各种因素对于冷却塔运行性能的综合影响。
图2 环境温度、进塔水温的季节变化曲线
图3 冷却塔各项指标的季节变化曲线
3.1 冷却塔全年运行参数变化的一般规律
图1～图3给出了该冷却塔2006年的月平均数据统计，其中图1、图2显示了机组负荷、循环水量、环境温度和进塔水温等冷却塔实际运行的工况和工质因素变化曲线；图3反映了冷却塔的各项指标随工况变化的曲线。可以看到，实际运行中，机组的负荷是根据电网用电量进行分配的，其波动并不大；循环水量的变化随季节的变化很大。夏季时环境气温和相对湿度较高，同样的水量下，冷却塔在夏季的出塔水温要高，就会使得凝汽器内的真空降低，汽轮机组的工作效率下降。因此，到了夏季，要增大循环水的流量以使循环
3 基于现场运行数据的冷却塔指标动态分析与评价
为分析和评价冷却塔的动态性能，基于现场运行数据探
6 电 站 系 统 工 程 2009年第25卷
水在凝汽器内的吸热量能够满足真空的要求。从图2、图3中看出，循环水的进塔水温也是随着环境温度成相同趋势变化的，冷却温差和冷却幅高则相反，冷却效率在夏季时较高。这说明夏季当循环水量增大时，冷却塔的冷却温差减小。这有两方面的原因：首先，循环水量增大，在凝汽器的吸热温差减小，而这一温差在现场实际上就认定为冷却塔的冷却温差。所以循环水量增大时，冷却塔的冷却温差减小首先是凝汽器的吸热温差减小使然。关于凝汽器的循环水进出口温差就是冷却塔的冷却温差的合理性与正确性，这里不作讨论，但是现场一直如此处理；第二，当进入冷却塔的循环水量增大时，根据冷却塔的冷却性能，其冷却温差是减小的[6]。而且实际运行中，各种因素的变化是相互耦合的，循环水量大的季节，环境气温和相对湿度也较高，因而会使效率系数升高、冷却幅高减小，然而，出塔水温是升高的，即塔的冷却效果降低了。因而，夏季冷却塔的运行工况是最差的。 3.2 冷却塔月运行参数变化的一般规律
从机组DCS数据库中查取了该冷却塔2006年7月的运行数据。实际运行中，循环水泵并不能变频运行，所以对于某一个塔，在环境温度相当时，循环水泵的开启台数一般是不变的，循环水量也是不经常发生改变的。因而在一个月中，循环水量几乎是不变的。凝汽器出口循环水温即冷却塔进塔水温在循环水量不变的情况下，是与机组的负荷成正比的。从图4中看出，机组的负荷随环境温度同趋势变化，从而进塔水温在环境因素和负荷共同影响下的趋势仍然是随着环境温度的升高而升高；而进塔水温升降又会引起温差的变化，即当进塔水温升高时，冷却塔的进出口温差增大。这种动态的变化使得整个系统趋于平衡。
从图5和图6中可知，环境温度、空气的相对湿度升高时，进塔水温升高，循环水的温差应随进塔水温的升高而增大；但由冷却塔的性能知出塔水温也是升高的，因而最终导致的效果是冷却温差是降低的。又由于空气的湿球温度也随着相对湿度的升高而增大，因而塔的冷却幅高是降低的，而效率系数是升高的。虽然冷却效率增大，冷却幅高减小，但由于冷却温差的减小，并不能说明塔的冷却效果就越好。简单地从单一指标静态的分析冷却塔性能是不可靠的，动态全面地分析冷却塔的整体性能才能真正了解冷却的特性。
幅高等的变化。可以看到，与无风或风速较小的工况相比，冷却温差均是减小的，冷却温差降幅在0.5～2.5 ℃；冷却效率相应减小，冷却幅高增大。其中有部分测试点的效率系数是增大的，冷却幅高是减小的，这就需要从动态性能上对冷却塔进行分析。由于现实运行中各种影响因素的相互作用，一般大风天气还伴随着降雨，使得空气的相对湿度增大，湿球温度也随着相对湿度的升高而增大，因而塔的冷却幅高是降低的而效率系数是升高的。而且由前面的分析可知，这时并不代表塔的冷却效果就越好。从动态的观点，全面地分
图4 机组负荷随环境温度的变化曲线
图5 进塔水温随环境的变化曲线
4 环境侧风影响的动态分析
在冷却塔的常规设计中，大多没有考虑外界侧风的影响，而在实际运行过程中，侧风对冷却塔的传热传质性能有较大影响，目前也越来越重视对环境侧风的研究[7-8]。在理论研究的基础上，本文基于现场运行数据动态分析了环境侧风对冷却塔实际运行性能的影响，包括外界侧风对冷却温差、效率系数、冷却幅高等性能参数的影响。
从机组DCS数据库中查取了大风日期（风速均在4级以上，有的甚至达到7～8级）机组的运行数据，为了对照分析侧风的影响，同时查取了与之运行工况相同的风速较小日期的运行数据（风速一般仅在2～3级）。图7、图8分别反映了在环境侧风的影响下冷却温度差、效率系数以及冷却
图6 冷却塔各项指标随环境的变化曲线（下转第10页）
10 电 站 系 统 工 程
84: 101～118.
2009年第25卷
(2) 夹角α和开孔形状的不同直接影响挡风抑尘板后流场的特性，有夹角挡风抑尘板的板后流场的稳定性好于没有夹角挡风抑尘板；六边形孔挡风抑尘板的板后流场的稳定性好于圆形孔挡风抑尘板，其流场在板高方向上不超过0.9倍处最稳定。
(3) 当流体通过夹角α＝150°、正六边形孔挡风抑尘板，会有多次回流现象出现，挡风抑尘效果最好。沿主流方向，回流在板后附近就会逐渐消失，流场趋于稳定，另外两种板型夹角α＝150°的圆形孔挡风抑尘板的效果好于α＝180°的圆形挡风抑尘板。 □
[3] S J Lee, K C Park, C W Park. Wind tunnel observations about the
shelter effect of porous fences on the sand particle movements [J]. Atmospheric Environment, 2002, 36: 1453～1463.
[4] H B Kim, S J Lee. Hole diameter effect on flow characteristics of
wake behind porous fences having the same porosity [J]. Fluid Dynamics Research, 2001, 28: 449～464.
[5] C W Park, S J Lee. The effects of a bottom gap and non-uniform
porosity in a wind fence on the surface pressure of a triangular prism located behind the fence [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2001, 89: 1137～1154.
[6] 张光玉, 陈立, 王奇志, 等. 秦皇岛港煤堆场防风网风洞试验研究
[J]. 交通环保, 2003, 24(1): 4～6.
[7] 赵庆久. 煤场挡风抑尘墙的应用[J]. 华北电力技术, 2004, (10):
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参 考 文 献
[1] K K Bofah, K G Alhinai. Field tests of porous fences in the regime of
sand laden wind [J]. Wind Eng. Ind. Aerodyn, 1986, 23: 309～319. [2] S J Lee, C W Park. The shelter effect of porous wind fences on coal
piles in POSCO open storage yard [J]. Wind Eng. Ind. Aerodyn, 2000,
编辑：巨 川
(1) 环境因素的变化引起循环水量、循环水进塔水温的变化，从而导致冷却温差、效率系数以及冷却幅高的相应变化。各种因素对冷却塔不同性能指标的影响是不同的，基于现场运行数据对冷却塔运行性能进行动态分析和评价，可以准确把握冷却塔的整体冷却性能，为合理制定机组负荷、规划冷端性能奠定基础。
(2) 冷却塔的冷却性能是凝汽器温差变化和冷却塔温差变化两方面综合作用的结果。
(3) 大量的现场记录数据表明，环境侧风对冷却塔的性能产生不利影响，应采取适当的措施，消除侧风的影响。□
（上接第6页）
图7 环境侧风对冷却温差的影响
参 考 文 献
[1] 赵振国. 冷却塔[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 1996. [2] 史佑吉. 冷却塔运行与试验[M]. 北京: 水利电力出版社, 1990. [3] 王凯. 自然通风冷却塔进风口空气动力场的数值模拟与阻力研究
[D]. 山东大学, 2006.
[4] 周长西. 关于冷却塔热力性能的若干问题[A].冷却塔研究会成立暨
技术交流大会论文集[C].
[5] 董太一. 冷却塔的常见错误概念[A]. 冷却塔研究会成立暨技术交
流大会论文集[C].
[6] 程艳花. 自然通风逆流湿式冷却塔性能评价及环境侧风影响的试
验研究[D]. 山东大学, 2006.
[7] Gao Ming, Sun Fengzhong. Experimental research of heat transfer
performance on natural draft counter flow wet cooling tower under cross-wind conditions [J]. International Journal of Thermal Science, 2008, (47): 935～941.
[8] Gao Ming, Sun Fengzhong. Research of the Effect of Cross-wind to
Temperature Difference and Efficiency of Natural Draft Counter-flow Wet Cooling tower [J]. International Conference on Power Engineering, 2007.
图8 环境侧风对效率系数、冷却幅高的影响 析各个评价指标，可以看出在现实环境常出现的风速下，环境侧风对冷却塔的冷却性能产生不利影响。
5 结 语
编辑：巨 川
《电《《电《《《电《《《《[email protected]
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火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价
山东大学能源与动力工程学院 戴振会 孙奉仲 王宏国 高 明
摘 要：冷却塔的运行性能直接影响电厂的经济性和安全性。由于冷却塔运行的复杂性和影响因素的多样性，冷却塔性能的分析和评
价十分复杂。通过对评价方法和指标的分析，基于冷却塔现场运行数据，得到了能够正确、全面反映冷却塔性能的评价指标的动态变化，考察了冷却塔的一般性能规律，为合理制定机组负荷、规划冷端性能奠定了基础。基于现场运行数据动态分析了环境侧风的影响。
关键词：冷却塔；冷却性能；动态分析；现场运行数据；侧风 中图分类号：TK264.1 文献标识码：A
Dynamic Analysis and Evaluation of Cooling Tower Performance in Large Scale Power Plant
DAI Zhen-hui, SUN Feng-zhong, WANG Hong-guo, et al.
Abstract: The performance of cooling tower has a direct impact on the economical and safety running of power plant .As the complexity of operation and diversity of factors, analysis and evaluation of cooling tower performance are difficult and complex. Methods and index were analyzed, and based on operational data of cooling tower, through dynamic analysis of indexes, correct and comprehensive reflections of cooling tower performance were got. The general characteristics of cooling tower were also inspected; they provide basic information for the reasonable formulation of unit load and good plan of cold end performance. The influence of crosswind was investigated through dynamic analysis. Key words: cooling tower; cooling performance; dynamic analysis; operational data; cross-wind
冷却塔是火电站的重要辅助生产设备，冷却塔性能的好坏很大程度上影响电厂的经济性和安全性。在能源问题日益紧迫的今天，改善冷却塔冷却性能、提高冷却塔冷却效率的研究越来越受到人们的重视。
围绕冷却塔，人们已经作了许多研究工作，例如塔的型式、结构，主体材料、淋水填料、配水系统，以及节能、节水、降噪、防冻等。这些工作都是重要的、必要的。前人的研究表明
[1～3]
却塔的设计水平，提出改善冷却塔运行的有关措施具有重大现实意义。
1 冷却塔的性能分析与评价
1.1 冷却塔性能分析
一台具体的冷却塔有其固有的冷却性能，体现了可设计性、可测量性和可表征性。冷却塔的性能可以分为固有性能和运行性能。固有性能由冷却塔的物理结构，如塔高、塔形，以及填料、配水等的形式和结构所决定的，这些在冷却塔设计确定后一般不会发生变化。运行性能是冷却塔在不同的工况下实际运行的冷却效果，它主要受循环水温、循环水量以及环境因素等的影响。 1.2 冷却塔性能评价
国内外有许多评价冷却塔的冷却性能的方法。例如，按计算冷却水温评价，按实测冷却水温评价，特性曲线评价法，操作曲线评价法，特性系数评价法等。同时对冷却塔性能的表征指标也多种多样。
(1) 冷却数。现在人们借助于半理论半经验的方法，在一定的理论基础上，通过试验，再按一定方法，最终整理出一个经验公式（或用一条曲线——热力性能曲线）来表征某台冷却塔的冷却性能。最常用的就是GB7190.2-1997标准所采用的焓差法[4]。
m
表征形式为：N(λ)=Aλ (1)
，冷却塔的结构复杂，特别是湿式冷却塔内部
同时存在着空气与水的流动及其相互间的传热、传质过程，并且这些过程是相互耦合的，影响因素也很多。影响冷却塔性能的因素主要包括结构因素、设计因素以及工质因素等，而工质因素又包括环境因素和循环水两方面，因此有关冷却塔内传热传质性能的分析是非常复杂的。
研究人员对冷却塔的性能分析和评价作了大量的研究，大多数是模拟计算和模型试验，通过一定的性能指标来反映冷却塔自身的性能以及各种因素的影响。多年来，性能评价主要是传统的指标，包括冷却温差、冷却幅高和冷却效率等。传统的评价仅用这几个指标独立地分析冷却塔的性能变化规律。这些评价是静态的、间断的、理论上的或者是根据实验结果得出的，并没有全面反映冷却塔一年四季连续的运行状态，没有反映冷却塔的这些指标随着季节、环境温度以及机组负荷等参数变化的规律。只有了解冷却塔的动态变化规律、全面地分析评价冷却塔的特性，才能真正摸清冷却塔的冷却性能，指导工程实际运行，这一点在能源紧缺的今天尤为重要。因而对冷却塔性能进行动态分析评价，对于冷却塔的设计、施工和研究有着重要的指导意义，同时对于提高冷
收稿日期：2008-11-18
戴振会(1986-)，女，硕士研究生。济南，250061
式中：N——冷却塔的冷却数（特性数）；λ——气水比，是空气与水的质量比；A、m——由试验资料给出。
(2) 冷却塔的冷却温差。冷却塔的冷却温差是指冷却塔的进水温度t1与出水温度t2之差，即△t=t1-t2。冷却塔的任务就是将热水冷却，因此，冷却温差越大，就意味着冷却塔
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的冷却效果就越好。
戴振会等：火电厂大型冷却塔运行性能的动态综合分析与评价 5
索冷却塔冷却性能随季节变化的一般规律，从机组DCS数据库中查取了某300 MW机组冷却塔2006年的运行数据。主要包括负荷、凝结水温度、凝结水流量、循环水进、出口温度，真空、端差、循环水泵开启台数及电流，同时核查了这些日期的气象资料，包括天气、风向及级数、温度以及相对湿度等。由于该机组没有具体的循环水量数据，但根据所使用的循环水泵的性能指标，循环水泵的电流与循环水量成正比，因此在分析过程中，用循环水泵的电流代替循环水量。
(3) 冷却塔的冷却幅高。冷却塔的冷却幅高是指冷却塔的出水温度t2与理论冷却极限温度τ的接近程度，即Tapp=t2-
τ。冷却幅高的值越小，冷却效果越好。但过分地减小冷却
幅高，将增加冷却塔的成本和外形尺寸。
(4) 冷却塔的效率系数。冷却塔的效率系数用于衡量冷却塔的完善程度，其公式为：
η=
t1−t2
×100% (2) t1−实际分析中发现各种评价指标并不能很好地全面地反映冷却塔的冷却性能，或者还存在一定的局限性，单纯用一个指标在各种不同的工况下不能得到确定的结论。如冷却塔的热力性能曲线仅供该台冷却塔冷却性能使用，不能供与其他冷却塔的冷却性能进行横向比较。冷却温差反映的是散热总量，但是冷却塔的真正冷却性能不是散热总量，而是散热水平[5]。
图1 机组负荷、循环水量的季节变化曲线
2 冷却塔性能综合、动态分析的重要性
一个好的冷却塔，首先要有尽可能大的冷却温差。冷却温差越大，在同样的汽轮机热负荷下所需的冷却水流量就越小，对减小循环水的管道、泵等输送部件的投资非常有利。但是，如果冷却塔的进水温度较高，即使冷却温差较大，冷却塔的出水温度值未必降低到符合凝汽器的要求。所以，单凭冷却温差不能完全说明问题。其次，还必须有尽可能小的冷却幅高，即出水温度要尽可能接近周围空气的湿球温度。冷却幅高越小，说明热水被冷却得越充分。所以一个好的冷却塔，不仅要有较大的进出水温差，还要有尽可能小的冷却幅高。从式（2）中可以看出，冷却塔的出水温度越接近环境的湿球温度，即冷却幅高越小，效率系数的值越接近于1。然而，考虑到式（2）中进水温度和环境湿球温度的影响，并不能说冷却幅高越小效率系数的值越大。
在冷却塔的性能分析和评价中，常常利用数值模拟和模型试验的方法。在各种数值模拟中，均设有大量的假设和前提条件，这样会导致计算结果脱离实际情况，很难指导工程实际。冷却塔的模型实验研究中很多因素可直接控制，可以较为准确地分析单个因素对冷却塔性能的影响。但实际运行中冷却塔内的水气流动是三维的，各个影响因素对冷却塔性能参数的影响是非线性的，而且彼此之间相互耦合，相互影响。对大型机组而言，冷却塔参数测量的难度较大，而且环境气象参数也不会随人的意志而改变，此时研究各个因素对冷却塔传热传质性能的影响以及评价冷却塔的整体运行性能较为困难。现有的评价方法和评价指标还存在一定的局限性和不足，特别是对已建成冷却塔在运行中的性能的评价和分析，以及不同冷却塔之间性能的比较中，很多理论上的计算公式和方法不能应用，因而需要从实际运行状况动态全面地分析各种因素对于冷却塔运行性能的综合影响。
图2 环境温度、进塔水温的季节变化曲线
图3 冷却塔各项指标的季节变化曲线
3.1 冷却塔全年运行参数变化的一般规律
图1～图3给出了该冷却塔2006年的月平均数据统计，其中图1、图2显示了机组负荷、循环水量、环境温度和进塔水温等冷却塔实际运行的工况和工质因素变化曲线；图3反映了冷却塔的各项指标随工况变化的曲线。可以看到，实际运行中，机组的负荷是根据电网用电量进行分配的，其波动并不大；循环水量的变化随季节的变化很大。夏季时环境气温和相对湿度较高，同样的水量下，冷却塔在夏季的出塔水温要高，就会使得凝汽器内的真空降低，汽轮机组的工作效率下降。因此，到了夏季，要增大循环水的流量以使循环
3 基于现场运行数据的冷却塔指标动态分析与评价
为分析和评价冷却塔的动态性能，基于现场运行数据探
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水在凝汽器内的吸热量能够满足真空的要求。从图2、图3中看出，循环水的进塔水温也是随着环境温度成相同趋势变化的，冷却温差和冷却幅高则相反，冷却效率在夏季时较高。这说明夏季当循环水量增大时，冷却塔的冷却温差减小。这有两方面的原因：首先，循环水量增大，在凝汽器的吸热温差减小，而这一温差在现场实际上就认定为冷却塔的冷却温差。所以循环水量增大时，冷却塔的冷却温差减小首先是凝汽器的吸热温差减小使然。关于凝汽器的循环水进出口温差就是冷却塔的冷却温差的合理性与正确性，这里不作讨论，但是现场一直如此处理；第二，当进入冷却塔的循环水量增大时，根据冷却塔的冷却性能，其冷却温差是减小的[6]。而且实际运行中，各种因素的变化是相互耦合的，循环水量大的季节，环境气温和相对湿度也较高，因而会使效率系数升高、冷却幅高减小，然而，出塔水温是升高的，即塔的冷却效果降低了。因而，夏季冷却塔的运行工况是最差的。 3.2 冷却塔月运行参数变化的一般规律
从机组DCS数据库中查取了该冷却塔2006年7月的运行数据。实际运行中，循环水泵并不能变频运行，所以对于某一个塔，在环境温度相当时，循环水泵的开启台数一般是不变的，循环水量也是不经常发生改变的。因而在一个月中，循环水量几乎是不变的。凝汽器出口循环水温即冷却塔进塔水温在循环水量不变的情况下，是与机组的负荷成正比的。从图4中看出，机组的负荷随环境温度同趋势变化，从而进塔水温在环境因素和负荷共同影响下的趋势仍然是随着环境温度的升高而升高；而进塔水温升降又会引起温差的变化，即当进塔水温升高时，冷却塔的进出口温差增大。这种动态的变化使得整个系统趋于平衡。
从图5和图6中可知，环境温度、空气的相对湿度升高时，进塔水温升高，循环水的温差应随进塔水温的升高而增大；但由冷却塔的性能知出塔水温也是升高的，因而最终导致的效果是冷却温差是降低的。又由于空气的湿球温度也随着相对湿度的升高而增大，因而塔的冷却幅高是降低的，而效率系数是升高的。虽然冷却效率增大，冷却幅高减小，但由于冷却温差的减小，并不能说明塔的冷却效果就越好。简单地从单一指标静态的分析冷却塔性能是不可靠的，动态全面地分析冷却塔的整体性能才能真正了解冷却的特性。
幅高等的变化。可以看到，与无风或风速较小的工况相比，冷却温差均是减小的，冷却温差降幅在0.5～2.5 ℃；冷却效率相应减小，冷却幅高增大。其中有部分测试点的效率系数是增大的，冷却幅高是减小的，这就需要从动态性能上对冷却塔进行分析。由于现实运行中各种影响因素的相互作用，一般大风天气还伴随着降雨，使得空气的相对湿度增大，湿球温度也随着相对湿度的升高而增大，因而塔的冷却幅高是降低的而效率系数是升高的。而且由前面的分析可知，这时并不代表塔的冷却效果就越好。从动态的观点，全面地分
图4 机组负荷随环境温度的变化曲线
图5 进塔水温随环境的变化曲线
4 环境侧风影响的动态分析
在冷却塔的常规设计中，大多没有考虑外界侧风的影响，而在实际运行过程中，侧风对冷却塔的传热传质性能有较大影响，目前也越来越重视对环境侧风的研究[7-8]。在理论研究的基础上，本文基于现场运行数据动态分析了环境侧风对冷却塔实际运行性能的影响，包括外界侧风对冷却温差、效率系数、冷却幅高等性能参数的影响。
从机组DCS数据库中查取了大风日期（风速均在4级以上，有的甚至达到7～8级）机组的运行数据，为了对照分析侧风的影响，同时查取了与之运行工况相同的风速较小日期的运行数据（风速一般仅在2～3级）。图7、图8分别反映了在环境侧风的影响下冷却温度差、效率系数以及冷却
图6 冷却塔各项指标随环境的变化曲线（下转第10页）
10 电 站 系 统 工 程
84: 101～118.
2009年第25卷
(2) 夹角α和开孔形状的不同直接影响挡风抑尘板后流场的特性，有夹角挡风抑尘板的板后流场的稳定性好于没有夹角挡风抑尘板；六边形孔挡风抑尘板的板后流场的稳定性好于圆形孔挡风抑尘板，其流场在板高方向上不超过0.9倍处最稳定。
(3) 当流体通过夹角α＝150°、正六边形孔挡风抑尘板，会有多次回流现象出现，挡风抑尘效果最好。沿主流方向，回流在板后附近就会逐渐消失，流场趋于稳定，另外两种板型夹角α＝150°的圆形孔挡风抑尘板的效果好于α＝180°的圆形挡风抑尘板。 □
[3] S J Lee, K C Park, C W Park. Wind tunnel observations about the
shelter effect of porous fences on the sand particle movements [J]. Atmospheric Environment, 2002, 36: 1453～1463.
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参 考 文 献
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编辑：巨 川
(1) 环境因素的变化引起循环水量、循环水进塔水温的变化，从而导致冷却温差、效率系数以及冷却幅高的相应变化。各种因素对冷却塔不同性能指标的影响是不同的，基于现场运行数据对冷却塔运行性能进行动态分析和评价，可以准确把握冷却塔的整体冷却性能，为合理制定机组负荷、规划冷端性能奠定基础。
(2) 冷却塔的冷却性能是凝汽器温差变化和冷却塔温差变化两方面综合作用的结果。
(3) 大量的现场记录数据表明，环境侧风对冷却塔的性能产生不利影响，应采取适当的措施，消除侧风的影响。□
（上接第6页）
图7 环境侧风对冷却温差的影响
参 考 文 献
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图8 环境侧风对效率系数、冷却幅高的影响 析各个评价指标，可以看出在现实环境常出现的风速下，环境侧风对冷却塔的冷却性能产生不利影响。
5 结 语
编辑：巨 川
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