冷卻塔冷卻效率

1前言冷卻塔的熱力計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，手算程序尤其繁瑣，并且還涉及到查表，而目前市場上雖然有一些商業(yè)性的軟件，但大部分是針對小型玻璃鋼冷卻塔設(shè)計(jì)的，對于大型的工業(yè)冷卻塔而言，計(jì)算起來誤差較大，并且使用起來不方便，圖形法分析能省去計(jì)算，但存在只能定性分析而不能定量分析等缺陷，考慮到焓差法計(jì)算是冷卻塔熱力計(jì)算的基礎(chǔ)理論，結(jié)合冷卻塔工藝熱平衡圖，筆者采用EXCEL電子表格設(shè)計(jì)了熱力計(jì)算程序，只需具備EXCEL編輯公式的能力就可直接操作，操作簡單，方便實(shí)用。非常適合于從事冷卻塔設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的工程技術(shù)人員使用。2理論分析Q：冷卻水量，m3hβxv:容積散質(zhì)系數(shù)，kgm3hk:蒸發(fā)水量散熱系數(shù)i,i空氣焓值，飽和焓值，kJkgCw:水的比熱，kJkg℃式1中右邊表示冷卻塔的冷卻任務(wù)的大小,稱冷卻數(shù)或交換數(shù)。與設(shè)計(jì)的進(jìn)出水水溫、溫差以及大氣氣象條件決定的,左邊為選定的淋水填料所具有的冷卻能力，稱冷卻特性數(shù),與選擇填料的熱力性能和氣水比有關(guān),對于給定的冷卻任務(wù)而言,可以選擇適當(dāng)?shù)奶盍弦约疤盍象w積來滿足冷卻任務(wù)。1式右邊可用1所示的冷卻塔工藝熱平衡形象地表述水與空氣之間的關(guān)系及焓差推動力。3評價結(jié)合圖1的原理，利用EXCEL編程計(jì)算冷卻效率，可以簡化查表步驟，既方便又快捷。首先設(shè)計(jì)如圖6所示的表頭，圖中B～H項(xiàng)為設(shè)計(jì)者直接填入數(shù)值,I～X項(xiàng)為計(jì)算機(jī)自動顯示值處,分步介紹自動計(jì)算表格的設(shè)計(jì)。1、飽和水蒸汽壓力的計(jì)算計(jì)算飽和水蒸汽壓力式中T=273+θθ為空氣溫度℃Pq˝=98、065×10Ekpa則相當(dāng)于濕球溫度τ的水蒸氣壓力編寫方法是用鼠標(biāo)單擊K6處，然后在如圖所示的編輯輸入=98、065*10^0、014196-3、142305*1000273+D6-1000373、16+8、2*Lg373、16273+D6-0、0024804*373、16-273+D6,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，此時相當(dāng)于濕球溫度τ水蒸氣壓力公式編輯完畢。同理，相當(dāng)于干球溫度θ的水蒸氣壓力編寫方法是用鼠標(biāo)單擊L6處，將上式中的D6改為E6即可。2、相對濕度的計(jì)算相對濕度可按進(jìn)行計(jì)算，則相對濕度的編寫方法是用鼠標(biāo)單擊M6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=K6-0、0006628*F6*E6-D6L6,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，此時相對濕度的公式編輯完畢。3濕空氣容重的計(jì)算濕空氣容重可按進(jìn)行計(jì)算，則濕空氣容重編寫方法是用鼠標(biāo)單擊N6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=F6-M6*L60、287273+E6+M6*L60、4615273+E6，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，此時濕空氣容重公式編輯完畢。4氣水比的計(jì)算氣水比按進(jìn)行計(jì)算，則氣水比編寫方法是用鼠標(biāo)單擊O6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=N6*H61000G6，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，此時氣水比公式編輯完畢。5飽和空氣焓的計(jì)算為方便統(tǒng)一的公式編輯，同時省去查表的步驟，可引入內(nèi)田秀雄[1]給出飽和焓與溫度的關(guān)系式:,即圖中的AB線，此關(guān)系式在20～40℃誤差僅為1%，因此t1對應(yīng)的飽和空氣焓的編寫方法是鼠標(biāo)單擊P6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=8、265-0、24*B6+0、0254*B6^2，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，此時t1對應(yīng)的飽和焓公式編輯完畢。t2、tm對應(yīng)的飽和焓編寫方法同t1對應(yīng)的飽和空氣焓的編寫方法，將上式中的B6改為C6、J6即可。6進(jìn)出塔空氣焓值的計(jì)算由圖1可以看出進(jìn)塔空氣焓可近似等于濕球溫度τ對應(yīng)的飽和空氣焓，因此i1編寫方法同t1對應(yīng)的飽和焓，只是將上式中的B6改為D6。空氣操作線CD上任意一點(diǎn)可用求出。因此i2編寫方法是鼠標(biāo)單擊T6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=S6+I6O6，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵，im編寫方法是鼠標(biāo)單擊u6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=S6+t62。7逆流塔冷卻數(shù)的計(jì)算考慮到計(jì)算精度，逆流塔冷卻數(shù)的計(jì)算積分采用辛普遜Simpson二段公式作簡化計(jì)算：則Ω編寫方法是鼠標(biāo)單擊V6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=I66*1P6-T6+4R6-U6+1Q6-S6，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵。8橫流塔冷卻數(shù)的計(jì)算先按求逆流塔冷卻數(shù)的方法求出Ωn,再除以修正系數(shù)F0。F0的編寫方法是鼠標(biāo)單擊W6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=1-0、106*1-Q6-T6P6-S6)^3、5，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵。ΩH的編寫方法是鼠標(biāo)單擊X6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=V6W6，輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊Enter鍵。此時整個計(jì)算程序編寫完畢。用此程序校驗(yàn)手算值上海科學(xué)技術(shù)出版社1981年出版的冷卻塔及中國建筑出版社1986年出版的給水排水設(shè)計(jì)手冊第4冊書中的例題見表1。表1：手算和電算結(jié)果對照表塔型逆流塔2橫流塔3參數(shù)氣水比λ0、50、60、91、0進(jìn)塔溫度℃40、2440、2440、2445出塔溫度℃32323235干球溫度℃25、725、725、724干球溫度℃22、822、822、830大氣壓力Kpa99、65899、65899、65899、293結(jié)果手算冷卻Ω1、0240、8610、6920、613電算冷卻Ω0、970、820、680、63差值%5、56%5%1、76%2、7%從表1可以看出手算和電算值結(jié)果相差不大1、76%～5、56%,因此采用此程序可信度較高。結(jié)合某橫流塔幾種不同的測試工況，利用此EXCEL程序?qū)ζ渑袛嘁妶D7。表2：某大型橫流塔設(shè)計(jì)及測試情況項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件測試工況1測試工況2測試工況3水量m3h3300352035203150干球溫度℃3332、336、231、4濕球溫度℃2829、126、0526、27進(jìn)水溫度℃4337、439、1739、14出水溫度℃3331、833、1632、11風(fēng)量m3h243000246000242000253000大氣壓力Kpa99、96100、9101、4299、96圖7：某橫流塔冷卻數(shù)計(jì)算結(jié)果值將測試的三個工況的B～F項(xiàng)直接填入表格中,然后用鼠標(biāo)單擊I6處,按住鼠標(biāo),按住鼠標(biāo)左鍵不放,將鼠標(biāo)拖至X6處,將鼠標(biāo)移至X6右下角,待光標(biāo)變成小+時,按住鼠標(biāo)左鍵不放,將鼠標(biāo)移至第9行,就可完成復(fù)制工作,在7、8、9行處計(jì)算機(jī)可以自動顯示數(shù)值，測試工況1冷卻數(shù)計(jì)算值大于設(shè)計(jì)值，填料的容積散質(zhì)系數(shù)比設(shè)計(jì)值大,能滿足冷卻任務(wù),而測試工況2、3均低于設(shè)計(jì)值工況2是在該冷卻塔運(yùn)行六年后進(jìn)行測試的，工況3是該冷卻塔在更換填料后進(jìn)行測試的，尤其是運(yùn)行六年后，填料的容積散質(zhì)系數(shù)下降幅度較大，已不能滿足冷卻任務(wù)的需要。而改造后也未達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，因此還存在著改造的缺陷。單純從冷卻數(shù)的大小不容易看出冷卻效率降低多少，可以將不同工況下的冷卻數(shù)修正到設(shè)計(jì)條件下，求出出水溫度或水量。具體操作步驟見圖8、圖9。圖8：修正至設(shè)計(jì)條件下出水水溫校核圖將設(shè)計(jì)條件下的工況復(fù)制至第10行處，然后保持水量不變，將出水溫度空出，再在空欄處填入出水溫度，直至填入的溫度滿足測試工況條件下的冷卻數(shù)值。由圖可以看出，修正到設(shè)計(jì)條件下，出水圖9：修正至設(shè)計(jì)條件下出水水溫值水溫為32、5℃時，滿足要求，因此該塔的冷卻效率為43-32、543-33×100%=105%，同理可將工況2、3修正到設(shè)計(jì)條件下得到出水溫度為33、9℃和33、2℃，因此冷卻塔效率分別為91%和98%。分析其改造不成功的原因主要有：①填料片間距過大，水力停留時間短②由于橫流塔百葉窗的安裝角度不合理，同時由于橫流塔支撐架多，在安裝過程中不可避免地在原百葉窗上開孔，如果對有孔部位不進(jìn)行修補(bǔ)，橫流塔濺水相當(dāng)厲害，尤其在不開風(fēng)機(jī)時加劇，造成冬季百葉窗易結(jié)冰，導(dǎo)致百葉窗及擋水板變形，向外凸出，水直接沖擊邊層填料，形成水幕，并且自上而下越來越密，無形中增加了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行阻力，減少了風(fēng)量，同時水幕對邊層填料具有沖擊破壞作用，加劇了填料的部分垮塌。因此在改造過程中不可忽視，在擋水板凸出處再插入新的擋水板。③未綜合考慮整個氣室的配風(fēng)均勻性，填料安裝沒有按照上密下疏的原則，同時填料安裝并未交錯安裝，影響了填料的熱力性能。④由于橫流塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜，填料支撐架過多，同時每層填料間安裝了填料框，無疑這些增加了風(fēng)機(jī)的阻力，對于鋼筋支撐架而言，要改造已很困難，但可以撤消填料框架，用相同材質(zhì)的PVC板代替填料框架。減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行阻力。⑤由于風(fēng)機(jī)的抽吸作用，有部分水飄落在收水器與填料之間，未經(jīng)過充分換熱，由上自下逐漸增加，因此可考慮略微增加原底部1～2層填料深度，以保證充分換熱。當(dāng)然單憑某一工況的測試就對冷卻塔的熱力效率作出評價，不是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模缫獙鋮s塔作出科學(xué)合理的判斷，按照NDGJ89-89工業(yè)冷卻塔測試技術(shù)規(guī)定要求，需對冷卻塔進(jìn)行全面測試，測試項(xiàng)目包括大氣參數(shù)，進(jìn)出水溫，進(jìn)塔空氣量，出塔空氣干濕球溫度，塔各部分風(fēng)阻，風(fēng)機(jī)全壓，至少測出15個不同的工況，然后在不同工況下，計(jì)算出冷卻數(shù)Ω及容積散質(zhì)系數(shù)，用最小二乘法，得出式2和式3根據(jù)此關(guān)系校核在設(shè)計(jì)條件下的出水水溫或水量，然后對合肥冷卻塔效率高低作一評價。同樣可以采取EXCEL方法對其進(jìn)行編輯,在此不再贅述。ahlingjie冷卻塔冷卻效率

冷卻塔填料選擇

1應(yīng)根據(jù)冷卻塔的型式、冷卻任務(wù)、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)；設(shè)計(jì)運(yùn)行工況等條件，選擇剛度好、耐腐蝕、抗老化、具有阻燃性能的填料。逆流式冷卻塔宜采用薄膜式或點(diǎn)滴薄膜式；橫流式冷卻塔宜對薄膜式、點(diǎn)滴薄膜式、點(diǎn)滴式填料與塔體高度等配套比較后確定。2應(yīng)根據(jù)進(jìn)塔水溫t1選擇阻燃氧指數(shù)30～40、耐溫性能不同的填料：t1≤45℃，宜選擇聚氯乙烯；t1≤55℃，宜選擇改性聚氯乙烯；t1≤60℃，宜選擇聚酯玻璃鋼。3寒冷地區(qū)，填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)地區(qū)的最低月平均氣溫，選用相應(yīng)耐寒等級的填料，最低月平均氣溫低于一8℃的地區(qū)應(yīng)選用耐寒型填料。4當(dāng)冷卻水的懸浮物小于20mgL時，宜采用薄膜型填料。當(dāng)冷卻水的懸浮物大于50mgL時，宜采用點(diǎn)滴式或點(diǎn)滴薄膜式填料。5填料的熱力特性與阻力特性應(yīng)結(jié)合風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行綜合評價，選擇在相同設(shè)計(jì)條件下冷卻能力最大者。對薄膜式填料，當(dāng)片型相同而片距與片高組合不同者，應(yīng)進(jìn)行對比計(jì)算，當(dāng)設(shè)計(jì)水溫差較大時，宜選擇片高較大者。6當(dāng)填料塊直接簡支在支撐小梁上時，支撐梁宜采用寬度小，通風(fēng)阻力小的結(jié)構(gòu)，梁中距應(yīng)與填料塊簡支最優(yōu)尺寸相配合。當(dāng)采用支撐型格板時，格板簡支設(shè)計(jì)跨度與支撐梁的跨度應(yīng)一致，格板的耐腐蝕性能應(yīng)與填料相適應(yīng)。7當(dāng)填料安裝方式采用吊裝時，應(yīng)有防止填料發(fā)生晃動的措施。8填料的組裝形式應(yīng)穩(wěn)定、便于施工和日常維護(hù)。