[科普中国]-冷却池

冷却池（cooling pond）水冷却的一种设施。用来冷却循环水的池塘、水库、湖泊专用水池等，统称为冷却池。深水型冷却池（deep cooling pond）指一般水池深大于4m ，有明显稳定的湿差异重流的冷却池。浅水型冷却池 （shallow cooling pond）一般水池深小于3m ，仅在局部池区产生微弱的湿差异重流或完全不产生湿差异重流的冷却池。

简介冷却构筑物形式很多，根据热水与空气接触的控制方法的不同，冷却设备可分为两大类，即冷却池和冷却塔。冷却池可分为天然冷却池及喷水冷却池两种。在这两类冷却构筑物中，冷却塔形式最多，构造也最复杂。按循环供水系统中的循环水与空气是否直接接触，冷却塔又分敞开式（湿式）、密闭式（干式）和混合式（干湿式）三种。在这三种冷却塔中，形式最多的又是敞开式（湿式）冷却塔。

天然冷却池热水流人工厂附近天然的湖泊或人工的水池水库，在水流过程中，除热水与池中原有的水混合降温外，还借水面与空气接触的传导与蒸发散热，使水温降低得到冷却，这种冷却设备称为天然冷却池。水体水面一般分为如下两种。

①水面面积有限的水体，包括水深小于3m的浅水冷却池（池塘、浅水库、浅湖泊等）和水深大于4m的深水冷却池（深水库、湖泊等）。浅水冷却池内水流以平面流为主，仅在局部地区产生微弱的温差异重流或完全不产生异重流。深水冷却池内有明显和稳定的温差异重流。

②水面面积很大的水体或水面面积相对于冷却水量是很大的水体，包括河道、大型湖泊、海湾等。

喷水冷却池喷水冷却池是利用喷嘴喷水进行冷却的敞开式水池，在池上布置配水管系统，管上装有喷嘴。

压力水经喷嘴（喷嘴前压力49～69kPa）向上喷出，喷散成均匀散开的小水滴，使水和空气的接触面积增大，同时使小水滴在以高速（流速6～12m/s）向上喷射而后又降落的过程中，有足够的时间与周围空气接触，改善了蒸发与传导的散热条件。影响喷水池冷却效果的因素是：喷嘴形式和布置方式、水压、风速、风向、气象条件等。

喷水池一般均采用矩形，池的长边应尽可能垂直于夏季主导风向，这样便于新鲜空气流近喷出IZl的水滴，提高冷却效果。同时也要考虑使其位于重要建筑物冬季主导风向的下侧，以免形成水雾及冰凌的危害。小型喷水池也可以采用圆形。

喷水池上的喷头形式很多，最好选用在同一水压下，喷水量大、喷洒均匀、水滴较小、不易堵塞、节省材料及加工简单的形式。一般常见的有渐伸式、瓶式、杯式等喷头。1

冷却池设计物理模型和分析模型冷却池物理模型可以用于了解、研究及分析冷却池热力及水力特性，分析排水口掺混、导流设施及挡热墙等的作用。但物理模型难以满足传热过程的相似要求，同时在试验室条件下不可能模拟气象条件的瞬态变化及深型冷却池巨大的蓄热作用，因而物理模型有一定的局限性。

分析模型有一定的假设及简化，但分析模型可以计算各种流态的散热量，同时可以根据工程设计条件灵活地研究冷却池在不同气象条件下的瞬态各参数。工程设计中宜根据工程条件及设计阶段分别采用物理模型、分析模型或两者相结合的设计方法。

热力计算标准及方法1、传统的冷却池热力计算采用稳态方法。先确定冷却水最高计算温度的计算标准，一般采用下列方法之一：

（1）深型冷却池可采用多年平均的年最热月月平均自然水温和相应的气象条件；浅型冷却池采用多年平均的年最炎热连续15天平均自然水温和相应的气象条件。

（2）考虑冷却水在池中停留时间，同时与其他因素相结合确定计算标准。

2、使用上述传统方法不可能得出冷地池真实的运行特性、确定取水水温及池内水温分布。尤其是采用综合利用水库作为冷却池时，需要有较详细的计算成果，以适应循环水系统优化设计及温排水对水体、水生物影响评估工作的要求。稳态计算方法无法满足以上要求。

3、设计冷却池时可采用下述方法及步骤

（1）根据厂址条件，采用稳态的计算方法初步选定几组可行的冷却池方案及相应的参数，如面积、水深及凝汽器温升等。

（ 2）选择一设计典型年，采用瞬态计算方法，逐日输入气象水文资料，对上述几个可行的冷却池方案进行计算。求得各方案的取水水温的频率分布曲线及池内各月水温垂向分布情况。

（3）选择最有可能实施的方案，用瞬态计算方法进行长期的计算。所谓长期是指可选用几个连续平枯水年或整个电厂经济运行期（约20年）。用计算结果来校验原来的取水温度频率曲线及池内水温分布情况。这些结果可用来进行循环水系统优化设计及生态环境评估之用。

冷却池面积、水深选择完整的冷却池设计宜用瞬态计算方法，求得多年取水水温的频率曲线及全池年水温垂直分布图形，结合其他因素来确定冷却池面积和水深的方法是比较合理的。

冷却池在可能条件下应设计成深型的。从而充分利用冷却池水体的蓄热作用，而降低不良气象条件下的取水水温。一般而言，有冷却池的供水系统在满足环保及汽轮机对水温的要求下应采用较低的冷却倍数，即较小的水量和较高的凝汽器温升。这样，冷却池数较小，有利形成分层流。适当增加冷却池单位面积热负荷可减小冷却池的面积，除可降低造价外还有下列的好处：2

1、水温较高时，冷却池散热效率明显提高；

2、所需补给水量较少，因为由面积减少而减少的自然蒸发量足以补偿因水温升高而增加的较小的蒸发量。

3、较高的热债荷将促使分层流的形成．从而使表面积充分得到利用。

排取水口设计排取水口设计及布置因工程而异，下列各点是一般通用的原则：

1、排水口的出流流速应较低，以求较小的稀释度。出口的密度弗劳德数要小于0.5。

2、排水口出流要与冷却池水面平稳衔接。排水口的高宽比要尽可能的低，最好小于0.1。

深型冷却池水位变幅较大，宜修建多级跌水或其他形式构筑物，使在任何水位时排水均能平

稳低速地流入冷却池。浅型冷却池水位变幅一般较小，可在池中建潜水堤，使水流平稳出流。

3、虽然表层异重流有可能将热水扩展到全池，但下列布置原则仍宜遵循：

（ 1）排取水口布置要使全池水流形成收缩流，从而可减少涡流及回流。

（ 2）排水避免在池中突然扩散。

（3）排水口出水方向宜背离取水口。

（4）当采用综合利用水库为冷却池时，排水口宜设置在水库出水口附近，以便将热水及时带向下游，减少水库热负荷。

（5）取水口宜设置在冷却池的最深处，以便充分利用水体蓄热作用。取水口前水下地形应较开阔，以免局部地形妨碍取到水库中水温最低的水。

（6）取水口一般采用胸墙式取水建筑物，胸墙下取水孔口上缘的淹没深度及取水孔口进水流速按挡热墙原则设计。挡热墙可视为胸墙式取水建筑物的特例。

（7）挡热墙后的水体容积不宜过大。如水的交换时间超过几小时，气象条件的日变化可能重新影响到取水水温。2

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学