冷卻塔1-冷卻塔概述

冷卻塔概述目錄冷卻塔的概念1冷卻塔的冷卻原理2冷卻塔的作用與應(yīng)用3冷卻塔的分類4各種冷卻塔介紹5一、冷卻塔的概念冷卻塔是利用空氣同水的接觸（直接或間接）來(lái)冷卻水的設(shè)備。是以水為循環(huán)冷卻劑，從一系統(tǒng)中吸收熱量并排放至大氣中，從而降低水溫，制造冷卻水可循環(huán)使用的設(shè)備。使用冷卻塔可以有效的排放民用或工業(yè)循環(huán)水中排出的廢熱并循環(huán)使用，這樣有效的利用了水資源。（工業(yè)生產(chǎn)或制冷工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱，一般要用冷卻水來(lái)導(dǎo)走。從江、河、湖、海等天然水體中汲取一定量的水作為冷卻水，冷卻工藝設(shè)備，從而吸取廢熱使冷卻水溫度升高，再排入江、河、湖、海，這種冷卻方式稱為直流冷卻。河流自然水的利用畢竟是有限的，并且將廢熱直接排放到河流及自然水中是對(duì)環(huán)境的一種污染）。

二、冷卻塔的冷卻原理如左圖，冷卻塔的冷卻現(xiàn)象，可以更形象一點(diǎn)理解為當(dāng)人喝熱水時(shí)，將熱水吹涼的過(guò)程。從其他的生活實(shí)踐中我們也能體會(huì)到，比如：夏天往院子里灑水可以使周?chē)錆M涼意，剛剛從游泳池出來(lái)感覺(jué)很冷，運(yùn)動(dòng)員大汗淋漓的時(shí)候往頭上灑水避暑降溫，這都是水份蒸發(fā)的原因，所以說(shuō)蒸發(fā)會(huì)促使降溫。那么問(wèn)題來(lái)了！蒸發(fā)為什么會(huì)讓水溫降低？它的原理是怎樣的呢？分析如下：

水的蒸發(fā)實(shí)際上是相變的過(guò)程，也叫汽化，是指液態(tài)水分子離開(kāi)水面變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣的過(guò)程，液體水分子的平均距離比水蒸氣氣體中的分子小得多。汽化時(shí)分子平均距離加大、體積急劇增大，需克服分子間引力并反抗大氣壓力作功。因此，蒸發(fā)要吸熱。蒸發(fā)的結(jié)果是使原有水分子的平均動(dòng)能增大，動(dòng)能增大則直接體現(xiàn)到水溫上面就是致使水溫降低，這就是說(shuō)蒸發(fā)是要帶走一部分熱量的，也就是說(shuō)，通過(guò)蒸釋放出了熱量，從而降低了水的溫度。疑問(wèn)？水是從多少攝氏度開(kāi)始蒸發(fā)的？蒸發(fā)沸騰相同點(diǎn)不同點(diǎn)

影響因素都是汽化現(xiàn)象，并且都要吸熱⒈只發(fā)生在液體表面⒉在任何溫度下進(jìn)行⒊比較緩慢⒈同時(shí)發(fā)生在液體的表面和內(nèi)部⒉只在一定溫度（沸點(diǎn)下進(jìn)行）⒊劇烈汽化⒈液體溫度高低⒉液體表面積大?、骋后w表面積空氣流動(dòng)速度液體表面氣壓大小會(huì)影響沸點(diǎn)的高低熱水變成冷水冷卻塔冷卻水的基本原理有三個(gè)方面：一是利用水本身的蒸發(fā)潛熱來(lái)冷卻水（亦稱蒸發(fā)散熱）；二是利用水和空氣兩者的溫度差通過(guò)熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻水（亦稱接觸傳熱）；三是靠輻射散熱；輻射散熱過(guò)程：吸收熱能

低溫物體熱能高溫物體輻射能流（熱射線）穿透

與中間介質(zhì)無(wú)關(guān)反射

冷卻塔的冷卻主要依靠蒸發(fā)散熱和接觸散熱，輻射散熱的貢獻(xiàn)非常小，可忽略不計(jì)。

這兩種散熱過(guò)程在循環(huán)水冷卻中所起到的作用隨各個(gè)季節(jié)空氣的物理性質(zhì)不同而不同，春、夏、秋三季，室外氣溫偏高，水表面蒸發(fā)起到主要作用，最炎熱夏季的蒸發(fā)散熱量可達(dá)總散熱量的90%以上（水的溫度越高,水分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,蒸發(fā)越快）。在冬季，由于氣溫降低，接觸傳熱的作用增大，從夏季的10%~20%增大到50%，嚴(yán)寒天氣甚至可增大到70%。結(jié)論：冷卻塔的設(shè)計(jì)，要求充分利用蒸發(fā)散熱，這就要求設(shè)計(jì)出的冷卻塔要盡全力的將相應(yīng)足量的水全部蒸發(fā)掉，才能達(dá)到冷卻效果！所以，一般冷卻塔設(shè)計(jì)均按照最熱月份濕球溫度28℃考慮，此時(shí)，在循環(huán)水的熱負(fù)荷一定的情況下，考慮全部的熱負(fù)荷均通過(guò)增發(fā)散熱來(lái)完成（實(shí)際蒸發(fā)散熱只有90%左右），在這種條件下設(shè)計(jì)出的冷卻塔是有余量的！為了促進(jìn)水的蒸發(fā)，以下三點(diǎn)非常重要：（1）水與空氣的有效接觸面積要大。（2）水與空氣熱交換的時(shí)間要長(zhǎng)。（3）水和空氣相對(duì)速度要快。①顯熱：物體在加熱或冷卻過(guò)程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量，稱為“顯熱”。它能使人們有明顯的冷熱變化感覺(jué)，通?？捎脺囟扔?jì)測(cè)量出來(lái)。注：（如在常壓下，將水從30℃加熱到40℃所吸收的熱量，就叫顯熱。）名詞解釋②潛熱：指在溫度保持不變的條件下，物質(zhì)在從某一個(gè)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)形態(tài)的相變過(guò)程中所吸入或放出的熱量。是一狀態(tài)量。因任何物質(zhì)在僅吸入（或放出）熱量時(shí)均不致引起溫度的升高（或降低），這種熱量對(duì)溫度變化潛熱只起潛在作用，故名“潛熱”。注：（比如，0℃的冰，吸熱變成0℃的水）

水的冷卻過(guò)程主要是是通過(guò)蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱實(shí)現(xiàn)的，水溫的變化則是兩者共同作用的結(jié)果。水面溫度大于空氣溫度，蒸發(fā)和接觸傳熱都朝一個(gè)方向進(jìn)行，使水冷卻；水面溫度等于空氣溫度，接觸傳熱為零；水面溫度小于空氣溫度，接觸傳熱從空氣流向水，水溫仍會(huì)下降；例題：若使溫度為40℃的1000公斤的水降低6℃，則需使多少公斤水蒸發(fā)為水蒸氣？分析：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤瑴囟鹊恼魵鈺r(shí)吸收的熱量稱為“蒸發(fā)潛熱”。若要求解上題，則需根據(jù)“蒸發(fā)潛熱”量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。解：40℃的水蒸汽的蒸發(fā)潛熱為：

R=r-0.56t=597.3-40*0.56=574.9Kcal/kg(r：0℃水蒸氣的蒸發(fā)潛熱，t：水溫，R：對(duì)應(yīng)溫度的蒸發(fā)潛熱）那么根據(jù)熱力守恒定律：1000Kg的水，溫度從40℃降低6℃變?yōu)?4℃，釋放出的熱量，就應(yīng)該等于XKg的水變?yōu)樗魵鈺r(shí)的蒸發(fā)潛熱：

釋放的熱量：Q=C*M*ΔT=1*1000*（40-44）=6000kcal（式中C為水的比熱容4.2*103j/kg℃=1Kcal/kg℃)蒸發(fā)潛熱：Q潛=x*574.9使得：Q=Q潛，那么可以求得X=10.44Kg也就是說(shuō)需要使10.44Kg的水蒸發(fā)為水蒸氣，才能使1000Kg的水降低6℃。備注：在一定范圍內(nèi)，業(yè)界通常在計(jì)算水蒸氣的蒸發(fā)潛熱時(shí)，近似以整數(shù)600Kcal/kg來(lái)計(jì)算，所以可以在我們的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)“規(guī)范書(shū)”上常?？吹秸舭l(fā)損失為0.83%，大家可以計(jì)算一下，精確值應(yīng)該是多少。三、冷卻塔的作用與應(yīng)用冷卻塔的作用是將攜帶廢熱的冷卻水在塔體內(nèi)部與空氣進(jìn)行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣中。冷卻塔主要應(yīng)用于空調(diào)冷卻系統(tǒng)、冷凍系列、注塑、制革、發(fā)泡、發(fā)電、汽輪機(jī)、鋁型材加工、空壓機(jī)、工業(yè)水冷卻等領(lǐng)域，應(yīng)用最多的為空調(diào)冷卻、冷凍、塑膠化工行業(yè)。具體劃分，如下：A、空氣室溫調(diào)節(jié)類：空調(diào)設(shè)備、冷庫(kù)、冷藏室等；B、制造業(yè)及加工類：食品業(yè)、藥業(yè)、金屬鑄造、塑膠業(yè)、橡膠業(yè)、紡織業(yè)、鋼鐵廠、化學(xué)品業(yè)、石化制品類等；C、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)降溫類：發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、空壓機(jī)、油壓機(jī)、引擎等；D、其他類行業(yè)……應(yīng)用舉例國(guó)內(nèi)部分建筑空調(diào)冷負(fù)荷概算指標(biāo)序號(hào)建筑物類型及房間用途冷負(fù)荷指標(biāo)(W/m2)序號(hào)建筑物類型及房間用途冷負(fù)荷指標(biāo)(W/m2)1旅館、客房（標(biāo)準(zhǔn)間）80～11018醫(yī)院：潔凈手術(shù)室300～5002酒吧、咖啡廳100～18019醫(yī)院：X光、CT、B超室120～1503西餐廳160～20020商場(chǎng)、百貨大樓150～2504中餐廳、宴會(huì)廳180～35021影劇院：觀眾席180～3505商店、小賣(mài)部100～16022影劇院：休息廳(允許吸煙)300～4006中庭、接待90～12023影劇院：化妝室90～1207小會(huì)議室(少量吸煙)200～30024體育館：比賽館120～2508大會(huì)議室(不允許吸煙)180～28025體育館：觀眾休息廳(允許吸煙)300～4009理發(fā)、美容120～18026體育館：貴賓室100～20010健身房、保齡球100～20027展覽館、陳列室130～20011彈子房90～12028會(huì)堂、報(bào)告廳150～20012室內(nèi)游泳池200～35029圖書(shū)閱覽室75～10013舞廳(交誼舞)200～35030科研、辦公90～14014舞廳(迪士科)250～35031公寓、住宅80～9015辦公90～12032餐館200～35016醫(yī)院：高級(jí)病房80～1103317醫(yī)院：一般手術(shù)室100～15034四、冷卻塔的分類（1）按通風(fēng)方式分：自然通風(fēng)冷卻塔；②機(jī)械通風(fēng)冷卻塔；③混合通風(fēng)冷卻塔。（2）按水和空氣的接觸方式分：①開(kāi)式冷卻塔：濕式冷卻塔；②閉式冷卻塔。（3）按熱水和空氣的流動(dòng)方向分：①逆流式冷卻塔；②橫流（直交流）式冷卻塔。（4）按應(yīng)用領(lǐng)域分：①工業(yè)型冷卻塔；②空調(diào)型冷卻塔。（5）按噪聲級(jí)別分：①普通型冷卻塔；②低噪型冷卻塔；③超低噪型冷卻塔；④超靜音型冷卻塔。（6）其他型式冷卻塔，如噴流式冷卻塔、無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔等。五、各種冷卻塔介紹1、按通風(fēng)方式分A、雙曲線自然通風(fēng)式冷卻塔雙曲線冷卻塔是火電廠、核電站的循環(huán)水自然通風(fēng)冷卻的一種構(gòu)筑物。建在水源不十分充足的地區(qū)的電廠，為了節(jié)約用水，需設(shè)置冷卻構(gòu)筑物，以使從冷卻器排出的熱水在其中冷卻后可重復(fù)使用。大型電廠采用的冷卻構(gòu)筑物多為雙曲線型冷卻塔。英國(guó)最早使用這種冷卻塔。20世紀(jì)30年代以來(lái)在各國(guó)廣泛應(yīng)用，40年代在中國(guó)東北撫順電廠、阜新電廠先后建成雙曲線型冷卻塔群。冷卻塔由集水池、支柱、塔身和淋水裝置組成。集水池多為在地面下約2米深的圓形水池。塔身為有利于自然通風(fēng)的雙曲線形無(wú)肋無(wú)梁柱的薄壁空間結(jié)構(gòu)，多用鋼筋混凝土制造，塔高一般為75～110米，底邊直徑65～100米。塔內(nèi)上部為風(fēng)筒，標(biāo)高10米以下為配水槽和淋水裝置。淋水裝置是使水蒸發(fā)散熱的主要設(shè)備。運(yùn)行時(shí)，水從配水槽向下流淋滴濺，空氣從塔底側(cè)面進(jìn)入，與水充分接觸后帶著熱量向上排出。冷卻過(guò)程也是以蒸發(fā)散熱為主，一小部分為對(duì)流接觸散熱。雙曲線型冷卻塔比比機(jī)力通風(fēng)冷卻塔維護(hù)簡(jiǎn)便，節(jié)約電能；但體形高大，施工復(fù)雜，造價(jià)較高。自然通風(fēng)式冷卻塔的應(yīng)用雙曲線橫流式冷卻塔B、機(jī)械通風(fēng)式冷卻塔（機(jī)力塔）a、水與空氣的接觸是依靠通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)保證塔內(nèi)上升氣流與下落的水進(jìn)行傳熱傳質(zhì)冷卻。按水和空氣的流動(dòng)方向，可分為逆流式冷卻塔和橫流（直交流）式冷卻塔。從熱交換效率看，逆流式最為優(yōu)越，橫流式次之。

b、按向塔內(nèi)送風(fēng)的方式不同，機(jī)械通風(fēng)冷卻塔又可分為鼓風(fēng)式（押入通風(fēng)式）冷卻塔和抽風(fēng)式冷卻塔。抽風(fēng)式冷卻塔是將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)安裝在塔體頂部，空氣從塔體的入風(fēng)口側(cè)抽入塔內(nèi)，此時(shí)塔內(nèi)呈負(fù)壓，對(duì)水的蒸發(fā)有利，所以用的較普遍。鼓風(fēng)式冷卻塔是將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)安裝在塔體底部，空氣進(jìn)入塔內(nèi)呈正壓狀態(tài)，和前者相比對(duì)蒸發(fā)不利。另外熱空氣回流的影響亦較為顯著，所以，一般認(rèn)為，當(dāng)水質(zhì)較差或帶腐蝕性時(shí)，為避免風(fēng)機(jī)受腐蝕而采用此形式。橫流式冷卻塔與逆流式冷卻塔比較：冷卻塔型式比較項(xiàng)目逆流式橫流式散水方式壓力式散水重力式散水配水系統(tǒng)復(fù)雜且系統(tǒng)阻力較大簡(jiǎn)單且系統(tǒng)阻力較小散熱面積大小熱交換性能最佳一般占地面積較小大塔體高度略高較低構(gòu)造較簡(jiǎn)單偏復(fù)雜成本較高較低維護(hù)保養(yǎng)困難麻煩，維護(hù)時(shí)需停機(jī)容易簡(jiǎn)單，開(kāi)機(jī)情況下即可維護(hù)空氣阻力較大小水泵壓力大小廢熱回流少（進(jìn)風(fēng)口位于塔體底部）兩側(cè)吸入濕熱氣體多（進(jìn)風(fēng)口距風(fēng)筒近）2、按水和空氣的接觸方式分A、干式冷卻塔（又稱空氣冷卻器）干式冷卻塔的熱水在散熱翅管內(nèi)流動(dòng)，靠與管外空氣的溫差，形成接觸傳熱而冷卻。所以干式冷卻塔的特點(diǎn)是：①?zèng)]有內(nèi)部循環(huán)水的蒸發(fā)損失，也無(wú)風(fēng)吹和排污損失，補(bǔ)給水量極少，所以干式冷卻塔適合于缺水地區(qū)，如我國(guó)的北方地區(qū)。②水的冷卻靠接觸傳熱，冷卻極限為空氣的干球溫度效率低，冷卻水溫高。③需要大量的金屬管（鋁管或鋼管），因此造價(jià)為同容量濕式塔的4～6倍。因干式冷卻塔有后兩點(diǎn)不利因素，所以在有條件的地區(qū)，應(yīng)盡量采用濕塔。干塔可以用自然通風(fēng)，也可以用機(jī)械通風(fēng)2、按水和空氣的接觸方式分B、開(kāi)式（濕式）冷卻塔濕式冷卻塔的工作原理為：熱水通過(guò)入水管進(jìn)入冷卻塔，通過(guò)槽式或管式配水系統(tǒng)，使熱水均勻分布至到填料上，穿過(guò)填料，成雨?duì)钔ㄟ^(guò)空氣分配區(qū)（雨區(qū)），落入塔底水池，變成所需冷卻水待重復(fù)使用?？諝鈴娜腼L(fēng)口處進(jìn)入塔內(nèi)，穿過(guò)填料下的雨區(qū)、與熱水成相反方向（逆流）或垂直方向（橫流）穿過(guò)填料、通過(guò)收水器、風(fēng)機(jī)、從風(fēng)胴排出。濕式冷卻塔由于水和空氣為直接接觸，因此降溫效果佳。此類冷卻塔造價(jià)低，為最受廣泛使用之冷卻塔。2、按水和空氣的接觸方式分C、閉式冷卻塔如下圖所示，為橫流密閉式冷卻塔。逆流閉式冷卻塔系統(tǒng)原理圖混流閉式冷卻塔工作原理圖閉式冷卻塔開(kāi)式冷卻塔被冷卻介質(zhì)在密閉的管道內(nèi)流動(dòng)不與外界空氣相接觸，熱量通過(guò)換熱器管壁與外部的空氣、噴淋水等進(jìn)行熱質(zhì)換熱，最終實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)降溫的設(shè)備。所以被冷卻介質(zhì)不會(huì)被污染、蒸發(fā)、濃縮，無(wú)須補(bǔ)水加藥，因而保障了相聯(lián)設(shè)備的使用性能和壽命，日常管理也很方便。被冷卻介質(zhì)在開(kāi)式系統(tǒng)中循環(huán)，循環(huán)介質(zhì)因蒸發(fā)而濃縮，須常年加藥、補(bǔ)水，而且由于被冷卻介質(zhì)直接接觸空氣，容易被污染，當(dāng)遇到硫化天時(shí)，流體發(fā)生酸性反應(yīng)，造成相聯(lián)設(shè)備損壞。無(wú)須經(jīng)常停機(jī)保