冷卻塔的熱力計(jì)算

1、頁眉內(nèi)容冷卻塔的熱力計(jì)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(jì)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(jì)算。為了便于計(jì)算，我們對(duì)冷卻冷中的熱力過程作如下簡(jiǎn)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(gè)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(duì)冷內(nèi)壓力變化影響也很小，所以計(jì)算中壓力取平均大氣壓力值。( 3)認(rèn)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(jì)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(jì)。(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(jì)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(jiǎn)要介紹冷卻冷的焓差法熱力計(jì)算。麥克爾提出的焓差法把過去由溫度差和濃度差為動(dòng)力的傳熱公式， 統(tǒng)一為一個(gè)以焓差為動(dòng)力的傳熱公式。 在方程式中， 麥克爾引進(jìn)入劉易斯關(guān)系式， 導(dǎo)出了以焓差為動(dòng)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(zhǔn)的容積散質(zhì)系數(shù)kg / m3 s kg /kg ；ht" 溫度為水溫 t 時(shí)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(jì)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(hào)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(hào)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(shí)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(dòng) 力法、切比雪夫積分法、對(duì)數(shù)及算術(shù)平均始差法，以及不少的經(jīng)驗(yàn)曲線與圖表， 這里只介紹美國冷卻塔協(xié)會(huì)（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(huì)（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(gè)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(diǎn)為 b-a的0.102673倍、 0.406204倍

5、、0.593796倍及0.897327倍。求其4個(gè)分點(diǎn)相應(yīng)的y值。為計(jì)算簡(jiǎn) 化，小數(shù)點(diǎn)后取一位，則為b a的0.1倍，0.4倍，0.6倍及0.9倍。其計(jì)算公式 為：如果溫差較小時(shí)，其分點(diǎn)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(diǎn)的始差，然后代入公式計(jì)算。如果按倍數(shù)劃分時(shí)，各分點(diǎn)相應(yīng)的始差如下表所小。上述即為一個(gè)完整的冷卻塔熱力計(jì)算過程，它既可用于冷卻塔的設(shè)計(jì)計(jì)算， 也可用于現(xiàn)有冷卻塔的核算。在核算已有冷卻塔時(shí)，已知塔的尺寸及內(nèi)部部件，水量 Q,進(jìn)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(jì)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(jì)是一個(gè)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(jì)算水溫t2,使其滿足設(shè)計(jì)要求。因此冷卻塔的熱力計(jì)算即為計(jì)算出塔水溫 t2,同時(shí)也計(jì)算通氣量及排氣溫度。冷卻塔的通風(fēng)阻力計(jì)算在設(shè)計(jì)新的冷卻塔時(shí)，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(jìn)風(fēng)口、導(dǎo)風(fēng)裝置、收水器、配水器等，并選定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和風(fēng)量、風(fēng)壓，這樣就需要對(duì)冷卻塔內(nèi)氣流通風(fēng)阻力 作比較準(zhǔn)確的計(jì)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(dòng)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(jìn)口到風(fēng)機(jī)出口分 為10個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算，如圖所示：Pi 進(jìn)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(jìn)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(jī)進(jìn)口的阻力；P10 風(fēng)機(jī)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(jì)算如前所述，冷卻塔總的局部阻力包括進(jìn)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(jī)進(jìn)出口）、氣流的收縮、擴(kuò)大、轉(zhuǎn)彎等部分。 各局部阻力可按下述公 式來計(jì)

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(shí)，各處的密度值均取冷卻塔進(jìn)、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(jī)特性曲線及熱力計(jì)算時(shí)確定的氣水比 選擇風(fēng)量G（公斤/時(shí)）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(jìn)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(shí)）；L 導(dǎo)風(fēng)裝置長(zhǎng)度（

9、米）。（3）進(jìn)入淋水裝置處氣流轉(zhuǎn)彎:0.5頁眉內(nèi)容（4）淋水裝置進(jìn)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(yàn)資料直接查得, 近似值計(jì)算可參閱資料。若需改變形水裝置的尺度時(shí)，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(jī)進(jìn)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(jī)鳳筒出口（擴(kuò)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(jì)算，我們得到冷卻塔的總通風(fēng)阻力，然后再確認(rèn)它是否與風(fēng)機(jī)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(jì)計(jì)算完成。若不適應(yīng)就要選用另外的風(fēng)機(jī)或改變冷卻塔部件的結(jié)構(gòu)尺寸，重新計(jì)算空氣的流動(dòng)

11、阻力，經(jīng)過多次反復(fù)直到既滿足風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓要求又滿足熱力性能時(shí)為止。冷卻塔性能的評(píng)價(jià)通過冷卻塔驗(yàn)收試驗(yàn)或性能試驗(yàn)整理出結(jié)果，應(yīng)對(duì)該冷卻塔的性能作出評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的指標(biāo)，決定于所采用的評(píng)價(jià)方法，有以冷卻出水溫度t2,或以冷卻能力（實(shí)測(cè)經(jīng)修正后的氣水比與設(shè)計(jì)時(shí)氣水比的比值 ）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，也有用其它的評(píng)價(jià)指標(biāo)。下面介紹幾種目前國內(nèi)外常用的冷卻塔性能評(píng)價(jià)方法。1 .按計(jì)算冷卻水溫評(píng)價(jià)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(jì)算得到設(shè)計(jì)或其它條件下的冷卻水溫t2。根據(jù)設(shè)計(jì)條件及實(shí)測(cè)的熱力、阻力特性，計(jì)算出冷卻水溫t2,與設(shè)計(jì)的t2進(jìn)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(dá)

12、到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。2 .按實(shí)測(cè)冷卻水溫評(píng)價(jià)通過驗(yàn)收試驗(yàn)，測(cè)得一組工況條件下的出塔冷卻水溫t2 ,由于試驗(yàn)條件與設(shè)計(jì)條件的差異，需通過換算方可比較，其比較的方法是：將實(shí)測(cè)的工況條件代入設(shè)計(jì)時(shí)提供的t2 f 1, 1,q, t性能曲線或設(shè)計(jì)采用的計(jì)算方法和公式，計(jì)算出冷卻水溫t2,如果比實(shí)測(cè)的t2高，則說明新建或改建的冷卻塔實(shí)際冷卻效果要比設(shè)計(jì)的好，反之則說明冷卻塔效 m辛TTCS1 o這種用實(shí)測(cè)冷卻水溫的評(píng)價(jià)方法，計(jì)算簡(jiǎn)便，評(píng)價(jià)結(jié)果直感，試驗(yàn)時(shí)不需測(cè)量進(jìn)塔風(fēng)量,易保證測(cè)試結(jié)果的精度，但需設(shè)計(jì)單位提供一套t2 f 1 , 1 , q, t 性能曲線 (操作曲線 )或計(jì)算公式。3 . 特性曲線評(píng)價(jià)法3

13、.1 性能評(píng)價(jià)應(yīng)用公式式中 實(shí)測(cè)冷卻能力；Qc 修正到設(shè)計(jì)條件下的冷卻水量 ( kg / h ) ；Qd 設(shè)計(jì)冷卻水量 ( kg /h ) ；Gt 試驗(yàn)條件下的實(shí)測(cè)風(fēng)量 ( kg / h ) ；c 修正到設(shè)計(jì)工況條件下的氣水比，修正到設(shè)計(jì)條件下故需將試驗(yàn)條件下所測(cè)之?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.2 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的決定m在作設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上便可獲得一條f 的設(shè)計(jì)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(diǎn)。即為滿足設(shè)計(jì)要求的工況點(diǎn)。3.3 試驗(yàn)條件的工況向設(shè)計(jì)條件修正冷卻塔進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)或性能試驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)測(cè)進(jìn)塔空氣量G,和設(shè)計(jì)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(diǎn) c 則表示修正到設(shè)計(jì)條件下的工作點(diǎn)， C 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣水比即為c。修正到設(shè)計(jì)工況條件下的氣水比c 點(diǎn)的獲得， 可由試驗(yàn)得到的冷卻數(shù)和氣水比 點(diǎn)繪到冷卻塔設(shè)計(jì)特性曲線圖上， 得c ， 便可得到修正后的冷卻水量Qc ，試驗(yàn)點(diǎn) b ，過 b 點(diǎn)作直線 3 平行于直線1，從而可得到直線3 和曲線 2 交點(diǎn) c。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的

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

16、 h);Nt 實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)功率(kw)；Nd 設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)功率(kw)。風(fēng)量G't求得后，其它計(jì)算方法均與前所述相同。5.美國CTI機(jī)械通風(fēng)冷卻塔操作曲線評(píng)價(jià)法(1)本法是由試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用操作曲線評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔性能的方法，計(jì)算結(jié)果是以冷卻能力表示。(2)設(shè)計(jì)單位應(yīng)提供相當(dāng)于設(shè)計(jì)冷卻水量的90%、100%、110%三組曲線組成的操作曲身計(jì)松年長(zhǎng)獻(xiàn)的蜉時(shí)野作曲篁線圖。每組曲線以濕球溫度1為橫坐標(biāo)，出塔水溫t2為縱坐標(biāo)，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(jì)值，80 %設(shè)計(jì)值和120%設(shè)計(jì)值三條冷卻幅寬曲線。設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)在曲線圖上表示。(3)冷卻塔能力的確定。將設(shè)計(jì)單位提供的性能曲線轉(zhuǎn)化繪制成在試驗(yàn)條件下確定冷卻塔能力的列線圖。其步驟首先以試驗(yàn)濕球溫度1為基礎(chǔ)，繪制一組以冷卻幅寬t為橫坐標(biāo)，出塔水