冷卻塔的熱力計算

1、頁眉內(nèi)容冷卻塔的熱力計算冷卻塔的任務(wù)是將一定水量Q,從水溫tl冷卻到t2,或者冷卻4 t=tl t2。因此， 要設(shè)計出規(guī)格合適的冷卻塔， 或核算已有冷卻塔的冷卻能力， 我們必須做 冷卻冷的熱力計算。為了便于計算，我們對冷卻冷中的熱力過程作如下簡化假設(shè)：( 1)散熱系數(shù)， 散質(zhì)系數(shù) v ，以及濕空氣的比熱 c ，在整個冷卻過程被看作是常量，不隨空氣溫度及水溫變化。(2) 在冷卻冷內(nèi)由于水蒸氣的分壓力很小，對冷內(nèi)壓力變化影響也很小，所以計算中壓力取平均大氣壓力值。( 3)認為水膜或水滴的表面溫度與內(nèi)部溫度一致，也就是不考慮水側(cè)的熱阻。(4) 在熱平衡計算中，由于蒸發(fā)水量不大，也可以將蒸發(fā)水量忽略不

2、計。(5) 在水溫變化不大的范圍內(nèi)，可將飽和水蒸汽分壓力及飽和空氣與水溫的關(guān)系假定為線性關(guān)系。冷卻冷的熱力計算方法有焓差法、濕差法和壓差法等，其中最常用的是麥克爾提出的焓差法，以下簡要介紹冷卻冷的焓差法熱力計算。麥克爾提出的焓差法把過去由溫度差和濃度差為動力的傳熱公式， 統(tǒng)一為一個以焓差為動力的傳熱公式。 在方程式中， 麥克爾引進入劉易斯關(guān)系式， 導(dǎo)出了以焓差為動力的散熱方程式。. ," dHq xv ht h0 dV(1)式中： dH q 水散出熱量；xv 以含濕差為基準的容積散質(zhì)系數(shù)kg / m3 s kg /kg ；ht" 溫度為水溫 t 時飽和空氣比焓(kJ / k

3、g )；h0 空氣比焓 ( kJ /kg )。將式( 1 )代入冷卻冷內(nèi)熱平衡方程：dH qcwQdtcwtdQn( 2)式中： dH q 水散出熱量； qCw 水的比熱kJ/kgoC ；Q 冷卻水量（kg/s）；Qu 蒸發(fā)水量（kg/s）t 水溫度 （C）并引入系數(shù)K：式中rm 塔內(nèi)平均汽化熱（kJ/kg）經(jīng)整理，并積分后，可得冷卻塔熱力計算的基本方程式:(3)K xvV t1 CwdtQht ho上式的左端表示在一定淋水填料及格型下冷卻塔所具有的冷卻能力，它與淋水填料的特性、構(gòu)造、幾何尺寸、冷卻水量有關(guān)，稱冷卻塔的特性數(shù)，以符號愿'表示,即：（3）式的右端表示冷卻任務(wù)的大小，與氣象

4、條件有關(guān)，而與冷卻塔的構(gòu)造 無關(guān)，稱為冷卻數(shù)（或交換數(shù)），以符號表示，也即：由于水溫不是空氣始的直接函數(shù)， 直接積分有困難，所以，在求解冷卻數(shù)的 時候，一般均采用近似積分方法。積分的方法很多，有辛普遜積分法、平均推動 力法、切比雪夫積分法、對數(shù)及算術(shù)平均始差法，以及不少的經(jīng)驗曲線與圖表， 這里只介紹美國冷卻塔協(xié)會（CTI）所推薦的切比雪夫積分法。切比雪夫積分法為美國冷卻塔協(xié)會（CTI）所推薦，在美國及日本均被采用。b這種積分方法是將積分式 ydx ,在x軸上a到b之間求出幾個預(yù)定的y值，某y a值的總和乘恒定值b-a,便為所求的積分值。其分點為 b-a的0.102673倍、 0.406204倍

5、、0.593796倍及0.897327倍。求其4個分點相應(yīng)的y值。為計算簡 化，小數(shù)點后取一位，則為b a的0.1倍，0.4倍，0.6倍及0.9倍。其計算公式 為：如果溫差較小時，其分點也可以不按上述倍數(shù)劃分，可將水溫差 t四等分，求各 份中點的始差，然后代入公式計算。如果按倍數(shù)劃分時，各分點相應(yīng)的始差如下表所小。上述即為一個完整的冷卻塔熱力計算過程，它既可用于冷卻塔的設(shè)計計算， 也可用于現(xiàn)有冷卻塔的核算。在核算已有冷卻塔時，已知塔的尺寸及內(nèi)部部件，水量 Q,進水溫度ti,大 氣壓力pa,干球溫度8 1,濕球溫度P 1。則要求計算：出水溫度t2,通氣量G, 出塔空氣干球溫度8 2,出塔空氣濕球

6、溫度p 2。冷卻塔的設(shè)計是一個試算過程，即根據(jù)給定條件，選定塔的尺寸及內(nèi)部部件， 然后計算水溫t2,使其滿足設(shè)計要求。因此冷卻塔的熱力計算即為計算出塔水溫 t2,同時也計算通氣量及排氣溫度。冷卻塔的通風(fēng)阻力計算在設(shè)計新的冷卻塔時，首先要選定冷卻塔的型式，根據(jù)給定的工作條件決定冷卻塔的基 本尺寸和結(jié)構(gòu)，其中包括淋水裝置的橫截面面積和填料高度、冷卻塔的進風(fēng)口、導(dǎo)風(fēng)裝置、收水器、配水器等，并選定風(fēng)機的型號和風(fēng)量、風(fēng)壓，這樣就需要對冷卻塔內(nèi)氣流通風(fēng)阻力 作比較準確的計算。1 .冷卻塔的通風(fēng)阻力構(gòu)成冷卻塔的通風(fēng)阻力，即空氣流動在冷卻塔內(nèi)的灣知塔各部足闔府力學(xué)，的壓力損失，為沿程摩阻和局部阻力之和。通常把

7、冷 卻塔的全部通風(fēng)阻力從冷卻塔的進口到風(fēng)機出口分 為10個部分進行計算，如圖所示：Pi 進風(fēng)口的阻力；P2 導(dǎo)風(fēng)裝置的阻力；出水P3 空氣流轉(zhuǎn)彎的阻力；P4 淋水裝置進口處突然收縮的阻力；P5 空氣流過淋水裝置的阻力（摩擦阻力和局部阻力）；P6 淋水裝置出口處突然膨脹的阻力;P7 配水裝置的阻力；P8 收水器的阻力;P9 風(fēng)機進口的阻力；P10 風(fēng)機風(fēng)筒出口的阻力。冷卻塔的通風(fēng)總阻力：pzi（1）2 .冷卻塔的局部通風(fēng)阻力計算如前所述，冷卻塔總的局部阻力包括進風(fēng)口、導(dǎo)流設(shè)施、淋水裝置、配水系統(tǒng)、收水器 以及風(fēng)筒阻力（包括風(fēng)機進出口）、氣流的收縮、擴大、轉(zhuǎn)彎等部分。 各局部阻力可按下述公 式來計

8、算：2一i vi 一 一Pii（毫米水枉）（2）2g式中： i 各局部阻力系數(shù)；vi 相應(yīng)部位的空氣流速（米/秒）；i 相應(yīng)部位的空氣比重（公斤/米3）;g 重力加速度。2而冷卻塔的總局部阻力可寫成：hPii -（毫米水柱）2g由于氣流密度在冷卻塔內(nèi)變化很小，所以在球求解時，各處的密度值均取冷卻塔進、出口的幾何平均值。氣流通過冷卻塔各種部件處的速度，可先根據(jù)風(fēng)機特性曲線及熱力計算時確定的氣水比 選擇風(fēng)量G（公斤/時）后，由下式確定：冷卻塔各部件處局部阻力系數(shù)123值的確定：,（1）進風(fēng)口1 0.55（2）導(dǎo)風(fēng)裝置式中：20.1 0.25q Lq 淋水密度（米3/米2 小時）；L 導(dǎo)風(fēng)裝置長度（

9、米）。（3）進入淋水裝置處氣流轉(zhuǎn)彎:0.5頁眉內(nèi)容（4）淋水裝置進口處突然收縮:40.5 1F0FcpFcp 淋水裝置的截面（m2）。 1P淋水裝置 5 e i Kq z式中：e 單位高度淋水裝置的阻力系數(shù);K 系數(shù);Z 淋水裝置高度（m）。淋水裝置的阻力亦可以從試驗資料直接查得, 近似值計算可參閱資料。若需改變形水裝置的尺度時，其阻力降的（6）淋水裝置出口突然膨脹62F0F cp配水裝置70.5 1.3 1上3FcpFcpF32式中：F3 配水裝置中氣流通過的有效截面積（米）Fcp 塔壁內(nèi)白橫截面積（米2）。1P2(8)收水器式中：80.5 2 1 里Fcp2FcpF2式中：F2 收水器中氣

10、流通過的有效截面積（米2）;2.Fcp 塔壁內(nèi)的橫截面積（米）。（9） 風(fēng)機進口9可根據(jù)下式確定:F4Fcp0 卞!據(jù)l/Do查表取值;F4 收縮后的截面積（Itf）；頁眉內(nèi)容Fcp 收縮前的截面積（花）；式中： 一摩擦系數(shù)；可采用 0.03。（10）風(fēng)機鳳筒出口（擴散筒）101 口p式中：風(fēng)筒速度分布不均勻而影響修正系數(shù)，根據(jù)l/Do ;p 根據(jù)l/ D o查表取值。由上述計算，我們得到冷卻塔的總通風(fēng)阻力，然后再確認它是否與風(fēng)機的額定風(fēng)量下所能提供的風(fēng)壓相適應(yīng)。如果相適應(yīng)且又能滿足熱力性能要求，則該冷卻塔的設(shè)計計算完成。若不適應(yīng)就要選用另外的風(fēng)機或改變冷卻塔部件的結(jié)構(gòu)尺寸，重新計算空氣的流動

11、阻力，經(jīng)過多次反復(fù)直到既滿足風(fēng)機的風(fēng)壓要求又滿足熱力性能時為止。冷卻塔性能的評價通過冷卻塔驗收試驗或性能試驗整理出結(jié)果，應(yīng)對該冷卻塔的性能作出評價。評價的指標，決定于所采用的評價方法，有以冷卻出水溫度t2,或以冷卻能力（實測經(jīng)修正后的氣水比與設(shè)計時氣水比的比值 ）作為評價指標，也有用其它的評價指標。下面介紹幾種目前國內(nèi)外常用的冷卻塔性能評價方法。1 .按計算冷卻水溫評價根據(jù)冷卻數(shù)方程式表示的熱力特性和阻力特性，可以綜合計算得到設(shè)計或其它條件下的冷卻水溫t2。根據(jù)設(shè)計條件及實測的熱力、阻力特性，計算出冷卻水溫t2,與設(shè)計的t2進行比較，如前者的t2值等于或低于后者的t2值，則該冷卻塔的冷卻效果達

12、到或優(yōu)于設(shè)計值。2 .按實測冷卻水溫評價通過驗收試驗，測得一組工況條件下的出塔冷卻水溫t2 ,由于試驗條件與設(shè)計條件的差異，需通過換算方可比較，其比較的方法是：將實測的工況條件代入設(shè)計時提供的t2 f 1, 1,q, t性能曲線或設(shè)計采用的計算方法和公式，計算出冷卻水溫t2,如果比實測的t2高，則說明新建或改建的冷卻塔實際冷卻效果要比設(shè)計的好，反之則說明冷卻塔效 m辛TTCS1 o這種用實測冷卻水溫的評價方法，計算簡便，評價結(jié)果直感，試驗時不需測量進塔風(fēng)量,易保證測試結(jié)果的精度，但需設(shè)計單位提供一套t2 f 1 , 1 , q, t 性能曲線 (操作曲線 )或計算公式。3 . 特性曲線評價法3

13、.1 性能評價應(yīng)用公式式中 實測冷卻能力；Qc 修正到設(shè)計條件下的冷卻水量 ( kg / h ) ；Qd 設(shè)計冷卻水量 ( kg /h ) ；Gt 試驗條件下的實測風(fēng)量 ( kg / h ) ；c 修正到設(shè)計工況條件下的氣水比，修正到設(shè)計條件下故需將試驗條件下所測之數(shù)據(jù)，進行評價。3.2 設(shè)計工況點的決定m在作設(shè)計時，根據(jù)選定的塔型及淋水填料，可獲得該冷卻塔的熱力特性A ，在雙對數(shù)坐標紙上便可獲得一條f 的設(shè)計特性曲線，如下圖中直線1。根據(jù)給定的冷卻任務(wù)(1, 1 , p,Q,t1,t2 )假設(shè)不同的氣水比，可獲得不同的，將其描繪在圖上，便可得冷卻塔的工作特性曲線，如上圖中曲線2，直線1 和曲

14、線 2 的交點。即為滿足設(shè)計要求的工況點。3.3 試驗條件的工況向設(shè)計條件修正冷卻塔進行驗收試驗或性能試驗時，由于實測進塔空氣量G,和設(shè)計空氣量不可能完全相同， 所以獲得的直線和上圖中的直線 1 不可能完全相同， 而是另外一條和直線 1 平行的直線 3。直線 3 和曲線 2 的交點 c 則表示修正到設(shè)計條件下的工作點， C 點對應(yīng)的氣水比即為c。修正到設(shè)計工況條件下的氣水比c 點的獲得， 可由試驗得到的冷卻數(shù)和氣水比 點繪到冷卻塔設(shè)計特性曲線圖上， 得c ， 便可得到修正后的冷卻水量Qc ，試驗點 b ，過 b 點作直線 3 平行于直線1，從而可得到直線3 和曲線 2 交點 c。根據(jù)試驗實測的

15、空氣量Gt 及修正后 c 點的氣水比即：QcGt / c將上式代入QcQd-1 包便可求得實測冷卻能力Qd c。如 大于90%或95%,應(yīng)視為達到設(shè)計要求；大于100%,應(yīng)視為超過設(shè)計要求。4 .美國CTI機械通風(fēng)冷卻塔特性曲線評價法此評價方法與上述的冷卻塔性能評價方法基本相同，亦是以實測冷卻能力表示的，即:QcQdLGtQd c所不同的是上式中進塔風(fēng)量G't不是直接測定的，而是測定機械通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)機功1N, 3率，根據(jù)風(fēng)機功率再計算進塔風(fēng)量。計算公式為：G't Gd -N(kg/h)Nd式中 G't 通過實測風(fēng)機功率換算的風(fēng)量(kg / h );Gd設(shè)計風(fēng)量kg /

16、 h);Nt 實測風(fēng)機功率(kw)；Nd 設(shè)計風(fēng)機功率(kw)。風(fēng)量G't求得后，其它計算方法均與前所述相同。5.美國CTI機械通風(fēng)冷卻塔操作曲線評價法(1)本法是由試驗數(shù)據(jù)利用操作曲線評價機械通風(fēng)冷卻塔性能的方法，計算結(jié)果是以冷卻能力表示。(2)設(shè)計單位應(yīng)提供相當于設(shè)計冷卻水量的90%、100%、110%三組曲線組成的操作曲身計松年長獻的蜉時野作曲篁線圖。每組曲線以濕球溫度1為橫坐標，出塔水溫t2為縱坐標，冷卻幅寬火力參變數(shù)的列線圖，如圖(系列)所示。冷卻幅寬曲線的變量至少要包括設(shè)計值，80 %設(shè)計值和120%設(shè)計值三條冷卻幅寬曲線。設(shè)計點應(yīng)在曲線圖上表示。(3)冷卻塔能力的確定。將設(shè)計單位提供的性能曲線轉(zhuǎn)化繪制成在試驗條件下確定冷卻塔能力的列線圖。其步驟首先以試驗濕球溫度1為基礎(chǔ)，繪制一組以冷卻幅寬t為橫坐標，出塔水