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閉式冷卻塔性能及其設(shè)計 閉式冷卻塔性能及其設(shè)計 主要內(nèi)容 一 閉式冷卻塔的應(yīng)用二 閉式冷卻塔的總體介紹三 閉式冷卻塔的進風(fēng)方式改進四 閉式冷卻塔設(shè)計 冷卻盤管設(shè)計和填料設(shè)計 五 換熱盤管熱傳遞分析六 高效閉式冷卻塔設(shè)計原則及創(chuàng)新點總結(jié)七 閉式冷卻塔總體布置原則 一 閉式冷卻塔的應(yīng)用 特點 1 溫降大 冷卻盤管內(nèi)冷卻水主要靠管外噴淋水蒸發(fā)帶走熱量 理論上可接近環(huán)境濕球溫度 2 清潔度高 盤管環(huán)路封閉 不受環(huán)境污染 減小了結(jié)垢可能性 利于系統(tǒng)高效運行 3 密封好 盤管減少了連接部件 降低系統(tǒng)泄漏的可能性 適合對系統(tǒng)密封性要求較高的流體冷卻系統(tǒng) 應(yīng)用 因可提供清潔的冷卻水 而廣泛用于對冷卻水質(zhì)量要求較高的行業(yè)中 如 電子 食品 化工 鑄造 建筑 空調(diào)和制冷等行業(yè) 二 閉式冷卻塔的總體介紹 冷卻塔分類 1 通風(fēng)方式 自然通風(fēng)冷卻塔 機械通風(fēng)冷卻塔 混合通風(fēng)冷卻塔 2 熱水和空氣接觸方式 開式冷卻塔 濕式冷卻塔 閉式冷卻塔 干式冷卻塔 干濕式冷卻塔 開式冷卻塔 冷卻極限為環(huán)境濕球溫度 循環(huán)水和空氣及塔部件直接接觸 水質(zhì)易受污染 滋生軍團菌并造成設(shè)備腐蝕 干式冷卻塔 冷卻極限為環(huán)境干球溫度 干濕式冷卻塔 冷卻極限為環(huán)境濕球溫度 3 有無填料分類 無填料逆流閉式冷卻塔 帶填料逆流閉式冷卻塔 4 水氣流動方向 逆流式冷卻塔 橫流式冷卻塔和混流式冷卻塔 逆流塔 噴淋水與空氣逆向流動 水氣間傳熱傳質(zhì)溫差 焓差 大 利于換熱 橫流塔 空氣流通面積大 二 閉式冷卻塔的總體介紹 閉式 干濕式 冷卻塔內(nèi)2個傳熱傳質(zhì)過程 冷卻水的冷卻過程 冷卻水通過冷卻盤管將熱量傳遞給噴淋水 噴淋水的冷卻過程 噴淋水將熱量傳遞給空氣 帶填料閉式冷卻塔結(jié)構(gòu) 水噴淋系統(tǒng) 冷卻盤管 PVC熱交換層 填料 擋水板 風(fēng)機驅(qū)動系統(tǒng) 內(nèi)部檢修通道和外面鍍鋅鋼板等組成 冷卻水 噴淋水 進塔空氣 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 冷卻水 噴淋水 進塔空氣 閉式冷卻塔內(nèi)2個傳熱傳質(zhì)過程 其最終冷源是進入塔內(nèi)的環(huán)境空氣 因此影響進塔空氣流量的進風(fēng)方式一直是閉式冷卻塔優(yōu)化設(shè)計改進的重點 現(xiàn)有進風(fēng)方式 1 下部進風(fēng) 無填料逆流閉式冷卻塔 普通帶填料逆流閉式冷卻塔 2 上下進風(fēng) FXV閉式冷卻塔 填料內(nèi)空氣和水橫流傳熱傳質(zhì) 3 上下進風(fēng) 填料內(nèi)空氣和水逆流傳熱傳質(zhì) 4 中部進風(fēng) 增加同流面積 降低流動阻力 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 下部進風(fēng) 優(yōu)點 1 塔下部放置了填料 強化了噴淋水的冷卻 填料下方噴淋水出口溫度即塔頂噴淋水進口溫度 提高了管束區(qū)的傳熱溫差 2 冷卻水下進上出 與噴淋水形成總體上的逆流換熱 提高了傳熱溫差 強化了冷卻水與噴淋水間的換熱 普通帶填料閉式冷卻塔結(jié)構(gòu)圖 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 下部進風(fēng) 缺點 1 空氣由塔底至塔頂 始終處于增溫增濕狀態(tài) 管束區(qū)內(nèi)噴淋水與空氣之間的溫差和焓差變化較大 一定程度上影響了傳熱效率 不懂 2 空氣流通面積小 流動阻力大 因而空氣流通量小 傳熱效率的提高受到限制 普通帶填料逆流閉式冷卻塔中流體溫度與比焓分布 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 上下進風(fēng) 氣水橫流 改善措施 上部和下部進風(fēng) 分別流過管束和填料 利于形成較大的通風(fēng)面積 空氣流通面積 缺點 填料為橫流形式 傳熱傳質(zhì)溫差小于逆流塔 從上部進風(fēng)口容易吸入冷卻塔排放的熱空氣 形成熱風(fēng)回流 不利于換熱 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 上下進風(fēng) 氣水逆流 冷卻水 下 上 與噴淋水和空氣進行換熱 裝置頂部 風(fēng)機 使得空氣由側(cè)面上下進風(fēng)口吸入 裝置下部 集水槽 由水泵送入噴淋水管 噴射進入盤管區(qū) 噴淋水 上 下 盤管區(qū) 與空氣同向流動 能夠更好地覆蓋管束 保持盤管完全被噴淋水覆蓋 與冷卻水局部交叉流 總體逆流 填料區(qū) 與下部進風(fēng)口進風(fēng)逆流傳熱 空氣 上 下兩股空氣在盤管區(qū)和填料區(qū)之間匯合后 從通風(fēng)道經(jīng)過收水器除去夾帶的水分 由風(fēng)機排出 與圖不對應(yīng) 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 上下進風(fēng) 氣水逆流 盤管區(qū) 冷卻水和噴淋水逆流傳熱 噴淋水和空氣同向流動 噴淋水和空氣間焓差 溫差變化比較均勻 填料區(qū) 噴淋水和空氣間逆流傳熱 特點1 逆流傳熱 傳熱溫差較大 特點2 雙向空氣流 流通面積大 為普通逆流閉式塔的2倍 流量大 空氣溫升小 空氣與噴淋水間平均溫差大 利于傳熱 缺點 上部進風(fēng)仍然易造成熱濕空氣回流 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 新型中部進風(fēng)逆流閉式冷卻塔 2個側(cè)面進風(fēng) 另2個側(cè)面向上排風(fēng) 在冷卻塔2個側(cè)面中部分別開有進風(fēng)口 進風(fēng)口被中間水盤分割成上下兩部分 向上 流經(jīng)填料區(qū) 對噴淋水進行冷卻 向下 進入管束區(qū) 與噴淋水同向流動 橫掠管束后 由另兩個側(cè)面與2塊通道隔板構(gòu)成的2個排風(fēng)通道向上從塔頂排出 三 閉式冷卻塔進風(fēng)方式的改進 新型中部進風(fēng)逆流閉式冷卻塔 相對于上下進風(fēng)逆流閉式冷卻塔而言 中部進風(fēng)逆流閉式冷卻塔的特點 1 流動阻力進一步降低 更好地分配進入填料區(qū)域和盤管區(qū)域的空氣 避免了2區(qū)域內(nèi)空氣流間的影響 2 有效消除了上部進風(fēng)易產(chǎn)生的熱風(fēng)再回流現(xiàn)象 四 閉式冷卻塔設(shè)計 冷卻盤管設(shè)計 填料設(shè)計 冷卻盤管的設(shè)計與蒸發(fā)冷卻器設(shè)計類似 填料區(qū)設(shè)計與一般的開式逆流塔基本相同 設(shè)計計算前提條件 噴淋水進出口溫度相等 twi two通常對盤管區(qū)和填料區(qū)分別進行設(shè)計計算 盤管區(qū) 與蒸發(fā)冷卻器相同 熱量經(jīng)管壁傳遞到噴淋水 導(dǎo)熱 對流換熱 再由噴淋水傳遞給空氣 蒸發(fā)和對流換熱 填料區(qū) 噴淋水在PVC格柵表面展開成水膜 通過與空氣間的對流傳熱傳質(zhì)進行冷卻 四 閉式冷卻塔設(shè)計 冷卻盤管設(shè)計 各種塔型 計算公式 冷卻水釋放熱量 噴淋水得到熱量 空氣得到熱量 盤管區(qū)傳熱面積 在公式 7 和 8 計算所得的傳熱面積F0相等時的F0 即為盤管傳熱面積 由此可確定管束結(jié)構(gòu)尺寸 排列方式 并可進一步確定相應(yīng)的傳熱傳質(zhì)系數(shù)和傳熱面積等數(shù)值 四 閉式冷卻塔設(shè)計 填料區(qū)熱力計算 與盤管區(qū)噴淋水條件結(jié)合可得填料區(qū)噴淋水溫度及淋水密度邊界條件 結(jié)合水量 水溫 氣溫及其含濕量的變化公式 進行計算 通過填料區(qū)氣水間傳熱傳質(zhì)的熱力計算 可實現(xiàn)填料結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 閉式冷卻塔的主要換熱部件為換熱盤管 盤管的換熱性能直接影響到整個換熱器的效率 盤管的傳熱系數(shù)K描述了盤管的換熱性能 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 熱阻構(gòu)成 盤管內(nèi)冷卻水與管外噴淋水間的總傳熱熱阻 冷卻水側(cè)換熱熱阻 管壁和污垢的導(dǎo)熱熱阻 噴淋水側(cè)換熱熱阻三部分串聯(lián)而成 關(guān)于三部分熱阻分析 可為強化傳熱找到節(jié)能關(guān)鍵點 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 熱阻數(shù)量級 由表1可以看出 1 管壁熱阻較小 比其他熱阻小一個數(shù)量級 因此計算中可以忽略 2 除管壁熱阻較小外 其余各項熱阻相差不大 基本屬一個數(shù)量級 因此均不可忽略 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 盤管兩側(cè)換熱系數(shù)對總換熱量的影響 熱阻大側(cè)換熱系數(shù)小 換熱系數(shù)的變化對換熱量影響較大 所以應(yīng)著重提高熱阻大側(cè)的換熱系數(shù) 由上表可知 管外側(cè)熱阻大于管內(nèi)側(cè)熱阻 所以應(yīng)強化管外側(cè)換熱 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 其他影響因素分析 1 管內(nèi)流速 綜合傳熱系數(shù)與盤管單管內(nèi)流速呈現(xiàn)指數(shù)式遞增關(guān)系 當流速超過一定范圍后 管內(nèi)流體充分發(fā)展到湍流階段 此時再提高流速 對管內(nèi)換熱的強化 已經(jīng)起不到重要作用 但此時因管內(nèi)流體阻力于流速呈平方關(guān)系發(fā)展 使管內(nèi)流體阻力顯著增大 所以流速控制在2m s以下進行調(diào)節(jié) 將對K綜合的變化有比較明顯的作用 2 管徑 在保證總體換熱量的情況下 盡量采用小管徑盤管 在假定范圍內(nèi)流速相同的情況下管徑越小其綜合換熱系數(shù)越大 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 其他影響因素分析 3 盤管管材 盤管管材導(dǎo)熱系數(shù)對綜合導(dǎo)熱系數(shù)影響較小 管材的導(dǎo)熱系數(shù)從80 320W m2 K 其對綜合導(dǎo)熱系數(shù)的影響在區(qū)間內(nèi)不超過10W m2 K 所以可以使用相比現(xiàn)階段銅管導(dǎo)熱系數(shù)更低的金屬或非金屬材料 以縮減成本 五 閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 其他影響因素分析 4 噴淋水密度 1 隨著噴淋密度的增加管外壁上的液膜流動速度加快 所以綜合傳熱系數(shù)增加 但隨著液膜的增厚 阻礙了熱量的傳遞 所以噴淋密度不易過大 應(yīng)以保證均勻潤濕管壁所需最小噴淋密度為準 2 相同噴淋密度 管徑越小 管壁上液膜附著時間越短 熱量傳遞越快 強化了傳熱 六 高效閉式冷卻塔設(shè)計原則及創(chuàng)新點總結(jié) 綜上所述 高效閉式冷卻塔的設(shè)計涉及 進風(fēng)設(shè)計 冷卻盤管設(shè)計 填料設(shè)計 塔內(nèi)冷卻水與噴淋水流程設(shè)計以及噴淋水與空氣流程設(shè)計等 設(shè)計的總體原則 1 進風(fēng)量盡可能大 塔內(nèi)配風(fēng) 增加通風(fēng)面積 減小風(fēng)阻 塔外配風(fēng) 減小出口濕熱空氣回流的不利影響 2 盡可能采取逆流方式 增加傳熱平均溫差 3 對于冷卻盤管重點增大熱阻大側(cè)換熱系數(shù) 4 在達到冷卻任務(wù)的基礎(chǔ)上 盡可能降低造價 六 高效閉式冷卻塔設(shè)計原則及創(chuàng)新點總結(jié) 設(shè)計創(chuàng)新點 1 強化冷卻盤管外側(cè)換熱 可采用 螺旋 翅片管 在增大噴淋水和冷卻盤管接觸面積 強化冷卻水到噴淋水的熱量傳遞 2 冷卻盤管布置優(yōu)化 在最大化盤管換熱面積的基礎(chǔ)上 盡可能減小通風(fēng)阻力損失 以在盤管區(qū)實現(xiàn)噴淋水的最大冷卻 3 合理配風(fēng) 在最大化進風(fēng)量基礎(chǔ)上 合理配風(fēng) 實現(xiàn)風(fēng)場與塔內(nèi)氣水傳熱傳質(zhì)的耦合優(yōu)化 風(fēng)場與盤管區(qū)域噴淋水溫場的優(yōu)化 七 閉式冷卻塔總體布置原則 進出風(fēng) 1 設(shè)備放置在沒有熱空氣進入的地點 如避開建筑物進風(fēng)口和出風(fēng)口的位置 以避免影響環(huán)境濕球溫度或出現(xiàn)設(shè)備供氣不足 2 避免設(shè)備排出的熱空氣進入建筑物的新風(fēng)口或臨近建筑物的進風(fēng)口 3 避免臨近墻壁和建筑物的阻擋而造成排出空氣回流到進風(fēng)口 管路 1 膨脹水箱 安裝膨脹水箱使液體可膨脹 以放出系統(tǒng)內(nèi)空氣 2 平衡閥 在多臺設(shè)備并聯(lián)時 管路布置應(yīng)對稱 以平衡每一液體管路流速 3 真空開關(guān) 放氣閥 放水閥 以使冷卻盤管中的液體能夠完全放出 謝謝