冷卻塔是將循環冷卻水在其中噴淋,使之與空氣直接接觸,通過蒸發和對流把攜帶的熱量散發到大氣中去的冷卻裝置。冷卻塔的作用是將挾帶熱量的冷卻水在塔內與空氣進行換熱,使熱量傳輸給空氣并散入大氣,冷卻塔中水和空氣的換熱方式之一是,流過水表面的空氣與水直接接觸,通過接觸傳熱和蒸發散熱,把水中的熱量傳輸給空氣。用這種方式冷卻的稱為濕式冷卻塔。缺水地區或在補充水有困難的情況下,也可采用干式冷卻塔。干式冷卻塔中空氣與水的換熱是通過由金屬管組成的散熱器表面傳熱,將管內水的熱量傳輸給散熱器外流動的空氣。

發電廠首先要由鍋爐燃燒產生蒸汽,然后送入到汽輪機,通過汽輪機的轉動帶動發電機發電。汽輪機的排氣進入到一個叫凝汽器的冷端設備,凝結成水,由凝結水泵送往給水泵,再進入鍋爐,這樣就構成一個熱力循環。發電廠就是依靠這個過程不斷的循環發電。 發電廠冷卻塔的作用就是利用從下往上流動的空氣去冷卻從上往下流動的水。 冷卻后的水最主要的作用是送到凝汽器里把在蒸汽輪機中做過功的蒸汽冷凝成水再送回鍋爐中去加熱。 如果沒有這個冷卻塔蒸汽就無法冷凝成水再送回鍋爐,發電廠的熱力循環就無法建立,工質也無法回收。

冷卻塔做成雙曲線形的原因之一是為了提高冷卻的效率,底部有最大的圓周,可以最大限度地進入冷空氣,冷空氣到達最細部位時,接觸熱水,這時首先由于管徑變小,空氣流速加快,可以盡快的帶走熱水中的熱量,其次由于管徑變小,冷空氣的體積也受到壓縮,故壓力也有增加,而壓力增加流體的含熱能力會隨之增加,于是在細腰部冷空氣可以最大限度的吸收熱水的熱量從而使熱水冷卻。到了最上部,管徑再次擴大,已攜帶了大量熱量的空氣由于速度減慢,壓力減小,又將所含的熱量釋放出來形成白色的水蒸氣。

另外一方面,修建雙曲冷卻塔也是出于對成本控制的考慮。冷卻塔的單葉雙曲面是一種直紋曲面,這一點可以形象化地簡單的理解為把一根直線繞著與它異面的一個軸旋轉,這個直線劃過的曲面就是一個單葉雙曲面。一個建筑如果采用單葉雙曲面的造型,那么它的主體可以只由直的鋼梁來建造。而生產直的大型鋼梁成本遠低于生產玩去的大型鋼梁,同時安裝和運輸也更方便。這樣既可以減少風的阻力,又可以用最少的材料來維持結構的完整性。

以華電鄒縣四期2×1000MW機組為例,其冷卻塔采用逆流式雙曲線自然通風冷卻塔,冷卻面積12000m2,塔高165m。在超大型冷卻塔結構設計研究方面,需要針對具體工程有針對性地開展冷卻塔結構選型、風工程特性研究、有限元對比分析、屈曲穩定分析、施工期穩定分析、塔筒幾何非線性影響評價、塔芯超長構件設計等在內的一系列專題研究,這些研究成果是工程超大型冷卻塔結構設計與施工的重要依據,也是未來電廠安全穩定運行的基礎。

雙曲冷卻塔內部結構