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香港白小姐中特网站:核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造? ...

香港赛马会 www.obpfv.com.cn 2018-7-17 11:20| 发布者: 烟雾缭绕| 查看: 8| 评论: 0

摘要: 出品:科普中国制作:寒木钓萌监制:中国科学院计算机网络信息中心图片来Industrial Access。截至目前,中国还没有一座建于内陆的商用核电站,而原因是,若在内陆建核电站,就得建造一个冷却塔,也就是大家平时看到 ...

出品:科普中国

制作:寒木钓萌

监制:中国科学院计算机网络信息中心

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

图片来Industrial Access。

截至目前,中国还没有一座建于内陆的商用核电站,而原因是,若在内陆建核电站,就得建造一个冷却塔,也就是大家平时看到的上图这种,双曲面结构,会冒白烟,看上去污染很严重的样子,但其实这里的白烟全都是水蒸汽,跟家里煮饭冒出的蒸汽没本质区别。

故,在国内我们看到的冷却塔,几乎全是火电站的配套设施。而美国是全球核能发电量最大的国家,他们有很多内陆核电站,所以你会看到,美国的不少内陆核电站都有冷却塔。

这是目前最高效的形式

冷却塔的作用不难理解,火电站和核电站都是加热水,得到高压蒸汽,继而冲击汽轮机发电。然而,高温高压蒸汽冲击汽轮机后,我们绝不能把这些蒸汽白白地放入空气中走掉。所以,得把高温蒸汽进行冷却,让它再次变成水,继续循环。

赵顺安教授在其所著的书《海水冷却塔》中,有这样一组数据:传统火力发电厂中,燃料燃烧的能量只有大约40%转化为电能,而48%随冷却水排掉,12%被烟气带走。而在核电站中,核能中只有大约33%转化为电能,其他的67%均变为废热由冷却水带走。

故,对于核电站和火电站来说,冷却永远是一个大问题。

而目前,双曲面冷却塔是最为经济高效的方式。

那么,它到底是怎么运作的?

冷却工程探讨

要理解冷却塔的工作原理,咱们现在就不妨来思考一下,如果给你1千万吨热水,你怎样才能快速、经济地把它冷却?

小孩子们可能会想到的办法是,用冷柜冰冻或者使用电风扇使劲吹呀吹!

但我们是成人……

那么,可不可以用铜皮把这1千万吨热水装起来,然后放入大河中,让河水冷却它?

想想就发现这行不通,因为你会让河水的温度升高,破坏生态。另一个问题是,周围可能没有大河,即使有,这条河也可能是季节河,冬天就没水了。

所以,最好的方式还是在海边,用海水。

可问题是,我们的核电站或者火电站没有在海边。

怎么办?

增加热水与空气的接触面积是一个好办法,比如把这1千万吨热水抽到一大根置于高处的水平管子里,并在管子的底部钻密密麻麻的蜂窝状小孔,接着,热水通过这些小孔流下,流下的过程中,因为增加了热水与空气的接触面积,冷却速度就快了。

这是一个不错的方案。但它完美吗?

好像还有改进的空间。

我们可以在一个水平的直直的洞中,把装热水的大管子置于洞的内部,而且是顶部位置,接着,洞的左边入口放一个大风机,不断往洞中鼓风,洞的右边出口也放一个大风机,往外抽气,如此的话,当洞中管子里面的热水落下时,就像倾盆热雨,同时,一股强大的气流从左吹向右,于是冷却速度更快了。

这方案确实高效,可仔细想想,问题也不少。

比如说,你需要一个很长的洞,如果这个洞位于地下,那么你需要开凿,如果位于地上,你又会占用大量的土地。

还有,这个方案中,有一个大鼓风机,还有一个大抽风机,这也是挺耗电的。

你说等等!等等!如果这个洞不是水平的,而是垂直的,那么,它就不会占用太多土地了。

嗯,咱们越来越接近答案了,请继续往下说。

你说,方法是建造一个洞,不,此时再说洞就不合适了,咱们就建造一个圆柱形的塔,塔的上方是开口的。

然后把热水抽到塔的中部,再让热水喷洒下来,就像塔内在下一场热雨。而塔的底部,其四周是开口的,风从塔底进入,往上走,而热雨往下掉,逆流接触的过程中,上升的空气就把水里面的热量带走了。

又因为,湿空气变热后,密度会降低,故空气会自行往上走。也就是说,进入塔内的空气由于变热,会加快上升,这会带来一个抽吸的作用,那么塔的底部,空气就被抽吸进去了。所以,此方案中,可以不要吹风机。

恭喜你,你已经得到了基本正确的答案。但还有一些问题。比如说,热水从塔内如倾盆大雨般落下,它落下的速度较快,这减少了与空气的接触时间。而且,大雨滴与空气的接触面积已经达到极限了吗?

你一拍大腿,又想到了一个方案。一杯热水冷却到常温需要不少时间,但如果把这杯热水平铺在一大块铁皮上,形成一大片很薄的水膜,则这杯热水将会在几秒内被冷却。

所以你说,再把热水抛洒之前,我们应该先将其抛洒在一些类似于散热片的装置上。如此,热水在散热片上形成大量的垂直水膜,当空气从下往上走,吹过水膜时,热水也就被冷却了。

不错,还有最后一个问题??掌肴人ご罅拷哟ズ?,空气中会夹杂大量微小的雾状小液滴,如果这些雾状小液滴时时刻刻都排到塔外的话,我们就会损失很多水。

您又想了想,说,那就在塔的出口处,放置一些除水器。

恭喜你,你已经把有百年历史的冷却塔重新发明了一遍。

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

如上图,冷却塔的内部就是这样子的。由于不需要抽风机或鼓风机,这样的冷却塔又叫做“自然通风冷却塔”。当然,冷却塔有多种,但原理大同小异。

自然通风冷却塔主要用在电力行业,因为电力行业的冷却水流量大,既要冷却塔处理能力强,还要运行费用低。而这正是自然通风冷却塔的优势,一般每小时能处理的水量高达几千吨,更高的,还有每小时处理10万吨以上的。

正因此,自然通风冷却塔一般做的都很大,目前世界最大的冷却塔高210米,它就是宁夏方家庄电厂的冷却塔。

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

方家庄电厂冷却塔高210米,底座半径89米,图片来自中国火力发电网。

国际上面积最大的足球场地一般也就10800平方米,而方家庄电厂冷却塔的面积就高达24871平方米。

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

冷却塔的高和大,这使它成为国外极限跳伞爱好者的乐园。

冒出的水蒸气有没污染?

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

图片来自Petr Louzensky/Shutterstock。

火电厂的咱们就不说了,因为大家担心的不是火电厂,而是核电站冷却塔冒出的水蒸气有没有辐射,答案当然是没有的。

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

上面的动图中,最左边循环的是“一回路”,中间循环的是“二回路”,最右边循环的是“三回路”,而冷却塔冷却的是三回路的水,三回路距离反应堆堆芯很远,且各回路之间都是密封的,否则也就循环不下去了。

核电站火电站旁这些冒白烟的塔做什么用?内部又是怎样的构造?

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