冷卻塔簡要講義

冷卻塔簡介：

整體結構：

冷卻塔組成部分：

支架和塔體：外部支撐；

填料：為水和空氣提供儘可能大的換熱面積。

噴淋式—將水呈水霧狀噴出，這樣的方式可以避免塔內結垢。

水膜式—水呈膜狀順填料表面流下，效率較高但是成本高昂。

冷卻水槽：位於冷卻塔底部，接收冷卻水。

冷卻塔組件：

收水器：回收空氣流帶走的水滴。

進風口：冷卻塔空氣入口。

冷卻塔百葉窗：平均進氣氣流；保留塔內水分。

淋水裝置：將冷卻水噴出。

風機：向冷卻塔內送風，軸流風扇用於誘導通風冷卻塔；軸流/離心風扇用於強制通風冷卻塔。

冷卻塔種類：

自然通風冷卻塔：

密度較小的熱空氣自冷卻塔頂部流出；

密度較大的冷空氣自塔底部進入冷卻塔填補。

1）不需風機；

2）混凝土塔<200m；

3）用於大熱量的冷卻。

機械通風冷卻塔：

大功率風機強制空氣與循環水的換熱；

填料表面的水膜可以最大限度地與空氣進行換熱。

冷卻效率的決定因素有很多：濕球溫度，填料，風扇。

多種冷卻能力備選：可以多冷卻塔同時工作，例如8塔聯控。

機械通風冷卻塔分為三類：強制通風冷卻塔；誘導通風橫流冷卻塔；誘導通風逆流冷卻塔。

空氣由離心風扇吹入通風口。

優勢：適用於氣流阻力較大的塔體；離心風扇雜訊相對較小。

劣勢：由於進氣流速高於排氣流速，會出現迴流。

逆流冷卻塔：

冷卻水被噴淋在填料上，向下流入冷卻水槽；

空氣從底部強制吹入，在填料內與水接觸蒸發部分冷卻水，從而降低水溫。

誘導通風冷卻塔分兩類：

橫流式誘導通風冷卻塔；逆流式誘導通風冷卻塔。

優勢：迴流程度低於強制通風冷卻塔；風機運行費用小於強制通風冷卻塔。

劣勢：風扇與電機的機械傳動需要防水設計。

熱水從頂部進入冷卻塔，空氣通過風扇強制誘導，從底部進入冷卻塔，使用強制誘導風扇。

誘導通風-逆流式：

冷卻水從頂部噴入，流經填料層進入冷卻水槽；空氣由誘導風機引入冷卻塔從底部，在填料內與水接觸蒸發部分冷卻水，從而降低水溫。

因為此類冷卻塔內的加壓配水噴淋裝置：

優勢：通過增加塔的高度來獲得更長的換熱流程與更小的冷幅；由於加壓噴淋裝置可以噴出更小的水滴，因此換熱效率較高。

劣勢：系統水泵壓頭增加；能量需求增大，運行費用增加；冷卻水噴頭不易維護和清潔；需要配水系統以及相關管路，因此初投資增加。

橫流式誘導通風冷卻塔：

冷卻水從頂部進入，流經填料層；空氣從一側或兩側進入，誘導風機使空氣橫向流過填料層。

冷卻水噴淋至填料層，從頂部流至底部的冷卻水槽；

空氣由誘導風機引入冷卻塔側面，在填料內橫向流動與水接觸蒸發部分冷卻水，從而降低水溫。

橫流式誘導通風冷卻塔：

由於此類冷卻塔的水屬於自然流配水系統：

優勢：低水泵壓頭；

較低的水泵初投資；

較低的年運行能耗和費用。

流量變化較大時不會對配水系統造成不利的影響。

劣勢：低壓頭會導致噴頭易於堵塞以及冷卻水噴出時不能很好的分散成細密水霧；

熱水水槽直接暴露於空氣中會導致藻類的滋生；

佔地面積較大。

應測量的參數：

空氣濕球溫度；空氣幹球溫度；冷卻塔進水溫度；

冷卻塔出水溫度；水泵和電機運行參數；

水流速度；空氣流速。

運行參數：

Range 冷卻水溫差；

Approach 冷幅；

Effectiveness 效率；

Cooling capacity 冷卻塔容量；

Evaporation loss 蒸發損失；

Cycles of concentration 濃縮倍數；

Blow down losses 排污損失；

Liquid/Gas ratio 液體/氣體比。

1.冷卻水溫差：

冷卻水進出水溫差：大溫差=高性能。

2.冷幅：冷卻塔出水溫度與入口空氣濕球溫度的差值：

小冷幅=高性能。

3.效率：效率=冷卻水溫差/（冷卻水溫差+冷幅）

高效率=高性能。

4.冷卻塔容量：冷卻塔容量單位為「千卡每小時」或者「冷噸」。

冷卻塔容量=冷卻水質量流量×水的比熱容×溫差。

大容量=高性能。

5.蒸發損失：蒸發損失的單位為(m3/hr)，表示每小時因為冷卻而損失的水量。

理論上蒸發損失為1.8立方米/1千萬千卡

=0.00085×1.8×流量(m3/hr)×冷卻水溫差

工業冷卻塔的ARI工況：

冷卻塔流量=0.054(L/s)/Kw

冷卻塔容量=3500kW

出水溫度29.4℃

進水溫度35℃

應用前一頁的公式：

=0.00085×1.8×流量(m3/hr)×冷卻水溫差

=0.00085×1.8×680.4×(35–29.4)=5.82m3/hr

一個3500kW冷卻塔的冷卻水蒸發量為5820升每小時。

6.濃縮倍數：

循環水中固態溶解物含量與補充水中固態溶解物的含量之比；

增加此比例可減小蒸發損失。

7.排污量：

決定於循環水濃度與蒸發損失；

排污量=為將固態溶解物和其他雜質濃度維持在可接受範圍內而排出的循環水量=蒸發損失/（C.O.C.–1）。

8.液氣比：

水與空氣的質量流量之比；

冷卻水散發的熱量等於空氣吸收的熱量。

L(T1–T2)=G(h2–h1)

L/G=(h2–h1)/(T1–T2)

T1=(℃)熱水溫度（冷卻塔進水）；

T2=(℃)冷水溫度（冷卻塔出水）。

冷卻塔進口（空氣與水蒸氣混合）溫度對應的焓值(h1)與出口溫度（濕球溫度）的焓值(h2)

冷卻塔工作流程：

節能方案：

選擇冷卻塔；填料；

水泵與配水設備；風扇與電機。

1.選擇冷卻塔：

冷卻塔容量(kCal/hour)；循環水流量(m3/hr)；

其它因素。

冷卻水溫差：

冷卻水溫差取決於換熱過程而不是設備；

冷幅；

越接近濕球溫度=更大的冷卻塔=更多的投資

熱負荷：決定於換熱過程

合適的工況下才能保證需要的冷量

熱負荷大=更大的冷卻塔與更多的設備費用

關於濕球溫度：

冷卻水出水溫度高於空氣濕球溫度；

冷卻塔坐落位置的具體情況；

濕球溫度不可高於設計濕球溫度的5%及以上；

此濕球溫度指的是環境濕球溫度（推薦）或者空氣入口處濕球溫度；

冷卻塔能否適應較高的濕球溫度。

溫差，流量與熱負荷的關係：

以下兩項增加的情況下溫差會增大：

循環水量（流量）；熱負荷。

溫差增大的原因如下：

進水溫度升高；

出水溫度降低；

冷卻水溫差增大=更大的冷卻塔。

濕球溫度對機組運行的影響：

冷卻水溫下降對機組性能的影響：

冷卻水溫下降對機組性能的影響：

用戶提供的濕球溫度變化圖：

WB ≤ 26 Deg C = 337 Days

WB ＞ 26 Deg C = 27 Days

2.填料：

熱水經過配水設備流經填料介質，蒸發降溫；

填料介質影響冷卻塔用電量；

高效填料介質可以節約管路投資；

填料介質影響換熱效率：表面積，接觸時間與湍流。

比較三種填料介質：水膜填料效率最高

3.管道與配水設備：

水泵：見水泵部分

優化冷水處理方式

增加濃縮倍數以減少補充水

間接節約了用電量

增加收水器

將飄散損失從0.02%減少到0.003-0.001%

4.冷卻塔風機

風機須克服系統阻力和壓力損失，這些數據將對用電量產生影響；

風機效率取決於風扇葉型；

將金屬葉片替換為FBR塑料葉片（可節能20-30%）

採用符合空氣動力學原理的葉片（風機效率可達85-92%）。

本文來源於互聯網，作者：陳萬里。暖通南社整理編輯於2017年5月16日。