閉式冷卻塔性能及其設計

1、閉式冷卻塔性能及其設計濟南達能動力技術有限公司閉式冷卻塔性能及其設計濟南達能 動力技術有限責任公司閉式冷卻塔性能及其設計主要內容：一、閉式 冷卻塔的應用二、閉式冷卻塔的總體介紹三、閉式冷卻塔的進風方式 改進四、閉式冷卻塔設計（冷卻盤管設計和填料設計）五、換熱盤管 熱傳遞分析六、高效閉式冷卻塔設計原則及創(chuàng)新點總結七、閉式冷卻 塔總體布置原則濟南達能動力技術有限責任公司一、閉式冷卻塔的應 用特點：溫降大：冷卻盤管內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)境濕球溫度清潔度高：盤管環(huán)路封閉不受環(huán)境污染減 小了結垢可能性利于系統(tǒng)高效運行密封好：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)

2、密封性要求較高的流體冷卻系統(tǒng)。應用：因可提供清潔的冷卻水而廣泛用于對冷卻水質量要求較高 的行業(yè)中如：電子、食品、化工、鑄造、建筑、空調和制冷等行業(yè)。濟南達能動力技術有限責任公司二、閉式冷卻塔的總體介紹冷卻 塔分類：通風方式：自然通風冷卻塔、機械通風冷卻塔、混合通風冷 卻塔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易受污染滋生軍團菌并造成 設備腐蝕。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。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。水氣流

3、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溫差（焓差）大利于換 熱橫流塔：空氣流通面積大。濟南達能動力技術有限責任公司二、閉式冷卻塔的總體介紹閉式 （干濕式）冷卻塔內個傳熱傳質過程：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構：水噴淋系統(tǒng)、冷卻盤管、PVC熱交換層 （填料）、擋水板、風機驅動系統(tǒng)、內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濟南達能動力技術有限責任公司三、 閉式冷卻塔進風方式的改進冷卻水 噴淋水 進塔空氣閉式冷卻塔 內個傳熱傳質過程其最終冷源是

4、進入塔內的環(huán)境空氣。因此影響進塔空氣流量的進風方式一直是閉式冷卻塔優(yōu)化設計改 進的重點?，F有進風方式：下部進風無填料逆流閉式冷卻塔、普通帶填料 逆流閉式冷卻塔上下進風 FXV閉式冷卻塔（填料內空氣和水橫流 傳熱傳質）上下進風 填料內空氣和水逆流傳熱傳質中部進風 增加 同流面積降低流動阻力。濟南達能動力技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進風方式的改進 下部進風優(yōu)點：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。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構圖濟南達能動力技術有

5、限責任公司 三、閉式冷卻塔進風方式的改進下部進風缺點：空氣由塔底至塔頂始 終處于增溫增濕狀態(tài)。管束區(qū)內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）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濟南達能動力 技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進風方式的改進上下進風氣水橫流 改善措施：上部和下部進風分別流過管束和填料利于形成較大的通風 面積空氣流通面積缺點：填料為橫流形式傳熱傳質溫差小于逆流塔從 上部進風口容易吸入冷卻塔排放的熱空氣形成熱風回流不利于換熱。濟南達能動力技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進風方式的改進

6、上下進風氣水逆流冷卻水：下 上與噴淋水和空氣進行換熱裝置頂 部：風機使得空氣由側面上下進風口吸入裝置下部：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)與下部進風口進風逆流傳熱?？諝猓荷?、下兩股空氣在盤管區(qū)和填料區(qū)之間匯合后，從通風道經 過收水器除去夾帶的水分,由風機排出。（與圖不對應）濟南達能動力技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進 風方式的改進上下進風氣水逆流盤管區(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：逆流

7、傳熱傳熱溫差較大特點：雙向空氣流流通面積大（為 普通逆流閉式塔的倍）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：上部進風仍然易造成熱濕空氣回流。濟南達能動力技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進風方式的改進 新型中部進風逆流閉式冷卻塔個側面進風另個側面向上排風在冷卻 塔個側面中部分別開有進風口進風口被中間水盤分割成上下兩部分 向上流經填料區(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面與塊通道隔板構成的個排風通道向上從 塔頂排出。濟南達能動力技術有限責任公司三、閉式冷卻塔進風方式的改進 新型中部進風逆流閉式冷卻塔相對于上下進風逆流閉式冷卻塔而言 中部進風逆流閉式

8、冷卻塔的特點：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)域的空氣避免了區(qū)域內空氣流間的影響有效消 除了上部進風易產生的熱風再回流現象。濟南達能動力技術有限責任公司四、閉式冷卻塔設計冷卻盤管設 計、填料設計冷卻盤管的設計與蒸發(fā)冷卻器設計類似填料區(qū)設計與一 般的開式逆流塔基本相同。設計計算前提條件：噴淋水進出口溫度相等twi=two通常對盤管 區(qū)和填料區(qū)分別進行設計計算。盤管區(qū)（與蒸發(fā)冷卻器相同）：熱量經管壁傳遞到噴淋水（導熱對 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 傳熱傳質進行冷卻。濟南達能動力技術有限責任公司四、閉式

9、冷卻塔設計冷卻盤管設 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（）和（）計算所得的傳熱面積 F相等時的F即為盤管傳熱面積。由此可確定管束結構尺寸、排列方式。并可進一步確定相應的傳熱傳質系數和傳熱面積等數值。濟南達能動力技術有限責任公司四、閉式冷卻塔設計填料區(qū)熱力 計算與盤管區(qū)噴淋水條件結合可得填料區(qū)噴淋水溫度及淋水密度邊 界條件。結合水量、水溫、氣溫及其含濕量的變化公式進行計算。通過填料區(qū)氣水間傳熱傳質的熱力計算可實現填料結構尺寸的設 計計算。濟南達能動力技術有限責任公司五、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

10、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K描述了盤管的換熱性能。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析熱阻構成盤管內冷卻水與管外噴淋水間的總傳熱熱阻:冷卻水側 換熱熱阻管壁和污垢的導熱熱阻噴淋水側換熱熱阻三部分串聯而成。關于三部分熱阻分析可為強化傳熱找到節(jié)能關鍵點。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析熱阻數量級由表可以看出：管壁熱阻較小比其他熱阻小一個數量 級因此計算中可以忽略除管壁熱阻較小外其余各項熱阻相差不大基 本屬一個數量級因此均不可忽略。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析盤管兩側換熱系數對總換熱

11、量的影響熱阻大側換熱系數小換熱 系數的變化對換熱量影響較大。所以應著重提高熱阻大側的換熱系數。由上表可知管外側熱阻大于管內側熱阻。所以應強化管外側換熱。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析其他影響因素分析管內流速：綜合傳熱系數與盤管單管內流速呈 現指數式遞增關系,當流速超過一定范圍后管內流體充分發(fā)展到湍流 階段,此時再提高流速對管內換熱的強化已經起不到重要作用但此時 因管內流體阻力于流速呈平方關系發(fā)展使管內流體阻力顯著增大。所以流速控制在ms以下進行調節(jié)，將對K綜合的變化有比較明顯的作用。管徑：在保證總體換熱量的情況下盡量采用小管徑盤管。在假定范圍內流速相同的情況下管

12、徑越小其綜合換熱系數越大。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析其他影響因素分析盤管管材：盤管管材導熱系數對綜合導熱系數 影響較小。管材的導熱系數從W(mK),其對綜合導熱系數的影響在區(qū)間內 不超過W(mK)。所以可以使用相比現階段銅管導熱系數更低的金屬或非金屬材料, 以縮減成本。濟南達能動力技術有限責任公司五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞 分析其他影響因素分析噴淋水密度：)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以 保證均勻潤濕管壁所需最小噴淋密度為準。)相同噴淋密度管徑越小管壁上液膜附著

13、時間越短熱量傳遞越快 強化了傳熱。濟南達能動力技術有限責任公司六、高效閉式冷卻塔設計原則及 創(chuàng)新點總結綜上所述高效閉式冷卻塔的設計涉及：進風設計、冷卻盤 管設計、填料設計、塔內冷卻水與噴淋水流程設計以及噴淋水與空氣 流程設計等。設計的總體原則：進風量盡可能大：塔內配風增加通風面積減小風阻塔外配風減小出口濕熱空氣回流的不利影響。盡可能采取逆流方式增加傳熱平均溫差對于冷卻盤管重點增大熱 阻大側換熱系數在達到冷卻任務的基礎上盡可能降低造價。濟南達能動力技術有限責任公司六、高效閉式冷卻塔設計原則及 創(chuàng)新點總結設計創(chuàng)新點：強化冷卻盤管外側換熱：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。冷卻盤管布置優(yōu)化：在最大化盤管換熱面積的基礎上盡可能減小 通風阻力損失以在盤管區(qū)實現噴淋水的最大冷卻。合理配風：在最大化進風量基礎上合理配風實現風場與塔內氣水 傳熱傳質的耦合優(yōu)化風場與盤管區(qū)域噴淋水溫場的優(yōu)化。濟南達能動力技術有限責任公司七、閉式冷卻塔總體布