閉式冷卻塔性能及其設(shè)計(jì)

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1、閉式冷卻塔性能及其設(shè)計(jì),閉式冷卻塔性能及其設(shè)計(jì),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(jìn)風(fēng)方式改進(jìn) 四、閉式冷卻塔設(shè)計(jì)（冷卻盤管設(shè)計(jì)和填料設(shè)計(jì)） 五、換熱盤管熱傳遞分析 六、高效閉式冷卻塔設(shè)計(jì)原則及創(chuàng)新點(diǎn)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(diǎn)： 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(yùn)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(duì)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

2、廣泛用于對(duì)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(jī)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(kāi)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(kāi)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(tuán)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(wú)填料分類：無(wú)填料逆流閉式冷卻塔、帶填料逆流閉式冷卻塔。 4，水氣流動(dòng)方向：逆流式冷卻塔、橫流式冷卻塔和混流式冷卻塔；

3、 逆流塔：噴淋水與空氣逆向流動(dòng)，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(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程： 冷卻水的冷卻過(guò)程： 冷卻水通過(guò)冷卻盤管將熱量傳遞給噴淋水。 噴淋水的冷卻過(guò)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)塔空氣,三、閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn),,冷卻水噴淋水進(jìn)塔空氣,閉式冷卻塔內(nèi)2個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程，其最終冷源是進(jìn)入塔內(nèi)的環(huán)境空氣。 因此影響進(jìn)塔空氣流量的進(jìn)風(fēng)方式一直是閉式冷卻塔優(yōu)化設(shè)計(jì)改

4、進(jìn)的重點(diǎn)。 現(xiàn)有進(jìn)風(fēng)方式： 1，下部進(jìn)風(fēng)無(wú)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(jìn)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(jìn)風(fēng)填料內(nèi)空氣和水逆流傳熱傳質(zhì)； 4，中部進(jìn)風(fēng)增加同流面積，降低流動(dòng)阻力。,三、閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 下部進(jìn)風(fēng),,優(yōu)點(diǎn)： 1，塔下部放置了填料 ： 強(qiáng)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(jìn)口溫度。提高了管束區(qū)的傳熱溫差。 2，冷卻水下進(jìn)上出，與噴淋水形成總體上的逆流換熱；提高了傳熱溫差，強(qiáng)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(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 下部進(jìn)風(fēng),缺點(diǎn)：

5、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(dòng)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(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 上下進(jìn)風(fēng)，氣水橫流,改善措施： 上部和下部進(jìn)風(fēng)，分別流過(guò)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(diǎn)： 填料為橫流形式，傳熱傳質(zhì)溫差小于逆流塔； 從上部進(jìn)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(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 上下進(jìn)風(fēng)，氣水逆流,冷卻水：下上，與噴淋水和空氣進(jìn)

6、行換熱； 裝置頂部：風(fēng)機(jī)，使得空氣由側(cè)面上下進(jìn)風(fēng)口吸入； 裝置下部：集水槽，由水泵送入噴淋水管，噴射進(jìn)入盤管區(qū)。,噴淋水：上下。盤管區(qū)，與空氣同向流動(dòng)，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(jìn)風(fēng)口進(jìn)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(guò)收水器除去夾帶的水分,由風(fēng)機(jī)排出。 (與圖不對(duì)應(yīng)）,三、閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 上下進(jìn)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(dòng)，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(diǎn)1：逆流傳熱，傳熱溫差較大； 特

7、點(diǎn)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(diǎn)：上部進(jìn)風(fēng)仍然易造成熱濕空氣回流。,三、閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 新型中部進(jìn)風(fēng)逆流閉式冷卻塔,2個(gè)側(cè)面進(jìn)風(fēng)； 另2個(gè)側(cè)面向上排風(fēng)； 在冷卻塔2個(gè)側(cè)面中部分別開(kāi)有進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)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(duì)噴淋水進(jìn)行冷卻； 向下，進(jìn)入管束區(qū)，與噴淋水同向流動(dòng)，橫掠管束后，由另兩個(gè)側(cè)面與2塊通道隔板構(gòu)成的2個(gè)排風(fēng)通道向上從塔頂排出。,三、閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)方式的改進(jìn) 新型中部進(jìn)風(fēng)逆流閉式冷卻塔,,相對(duì)于上下進(jìn)風(fēng)逆流閉式冷卻塔而言，中部進(jìn)風(fēng)逆流閉式冷卻塔的

8、特點(diǎn)： 1，流動(dòng)阻力進(jìn)一步降低，更好地分配進(jìn)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(jìn)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(jì) 冷卻盤管設(shè)計(jì)、填料設(shè)計(jì),,冷卻盤管的設(shè)計(jì)與蒸發(fā)冷卻器設(shè)計(jì)類似； 填料區(qū)設(shè)計(jì)與一般的開(kāi)式逆流塔基本相同。 設(shè)計(jì)計(jì)算前提條件：噴淋水進(jìn)出口溫度相等，twi=two 通常對(duì)盤管區(qū)和填料區(qū)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(duì)流換熱），再由噴淋水傳遞給空氣（蒸發(fā)和對(duì)流換熱）。 填料區(qū)： 噴淋水在PVC格柵表面展開(kāi)成水膜，通過(guò)與空氣間的對(duì)流傳熱傳質(zhì)進(jìn)行冷卻。,四、閉式冷卻塔設(shè)計(jì) 冷

9、卻盤管設(shè)計(jì)（各種塔型）,,計(jì)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(jì)算所得的傳熱面積F0相等時(shí)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(jìn)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(jì) 填料區(qū)熱力計(jì)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(jìn)行計(jì)算。,通過(guò)填料區(qū)氣水間傳熱傳質(zhì)的熱力計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)填料結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)換

10、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(qiáng)化傳熱找到節(jié)能關(guān)鍵點(diǎn)。,五、閉式冷卻塔換熱盤管熱傳遞分析 熱阻數(shù)量級(jí),,由表1可以看出： 1，管壁熱阻較小，比其他熱阻小一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此計(jì)算中可以忽略； 2，除管壁熱阻較小外，其余各項(xiàng)熱阻相差不大，基本屬一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(duì)總換熱量的影響,,熱阻大側(cè)換熱系數(shù)小，換

11、熱系數(shù)的變化對(duì)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(qiáng)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(dāng)流速超過(guò)一定范圍后，管內(nèi)流體充分發(fā)展到湍流階段,此時(shí)再提高流速，對(duì)管內(nèi)換熱的強(qiáng)化，已經(jīng)起不到重要作用；但此時(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié),將對(duì)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

12、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(duì)綜合導(dǎo)熱系數(shù)影響較小。 管材的導(dǎo)熱系數(shù)從80320W / (m2 K) ,其對(duì)綜合導(dǎo)熱系數(shù)的影響在區(qū)間內(nèi)不超過(guò)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(dòng)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(guò)大，應(yīng)以保證均勻潤(rùn)濕管壁所需最小噴淋密度 為準(zhǔn)。

13、2）相同噴淋密度，管徑越小，管壁上液膜附著時(shí)間越短，熱量傳遞越快，強(qiáng)化了傳熱。,六、高效閉式冷卻塔設(shè)計(jì)原則及創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié),,綜上所述，高效閉式冷卻塔的設(shè)計(jì)涉及： 進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)、冷卻盤管設(shè)計(jì)、 填料設(shè)計(jì)、塔內(nèi)冷卻水與噴淋水流程設(shè)計(jì)以及噴淋水與空氣流程設(shè)計(jì)等。 設(shè)計(jì)的總體原則： 1，進(jìn)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(duì)于冷卻盤管重點(diǎn)增大熱阻大側(cè)換熱系數(shù)； 4，在達(dá)到冷卻任務(wù)的基礎(chǔ)上，盡可能降低造價(jià)。,,六、高效閉式冷卻塔設(shè)計(jì)原則及創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié),,設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)：

14、1，強(qiáng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)噴淋水的最大冷卻。 3，合理配風(fēng)： 在最大化進(jìn)風(fēng)量基礎(chǔ)上，合理配風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)與塔內(nèi)氣水傳熱傳質(zhì)的耦合優(yōu)化，風(fēng)場(chǎng)與盤管區(qū)域噴淋水溫場(chǎng)的優(yōu)化。,七、閉式冷卻塔總體布置原則,,進(jìn)出風(fēng)： 1）設(shè)備放置在沒(méi)有熱空氣進(jìn)入的地點(diǎn)，如避開(kāi)建筑物進(jìn)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(jìn)入建筑物的新風(fēng)口或臨近建筑物的進(jìn)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(jìn)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(tái)設(shè)備并聯(lián)時(shí)，管路布置應(yīng)對(duì)稱，以平衡每一液體管路流速； 3）真空開(kāi)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！,