冷却水塔的工业原理
机械动力(一般即为马达风扇)驱使空气流动,与水塔内冷却水或热交换器进行热质传递,藉以降低冷却水温度。依风扇位置可分为抽风式及吹入式两种,所谓吹入式是用风扇将空气吹入壳体内侧与壳内冷却水进行热质传交换作业,通常由壳的下方吹入,吸收水蒸气之湿空气则由上方吹出,如图2所示为吹入式冷却水塔之一例,此型依风扇之型式可分为离心式及轴流式,图2所示即为离心式风扇,离心式者其特色为具有较高之风压,可运用于较高阻抗设计之热交换散热填料。一般常见于蒸发型冷却水塔。图3所示为轴流吹入式冷却水塔之一例,亦有用双层风叶型者以增加轴流风扇之风压。
吹入式冷却水塔是透过风扇将外气吹入塔内,因此塔内空气为正压(大于一大气压),密度亦较高于大气压力下之空气密度,因此空气之热交换系数略高,这是吹入式冷却水塔的优点。通常吹入式冷却水塔之塔的周边气密度(封闭度)要求较高,原因是避免塔内空气无法完全由顶端吹出,造成空气未能完全与冷却水充分接触进行热质传递;其次吹入式受风扇叶片影响其空气动能于入口端局部较大,局部风速亦会较高,而末端(出风口端)之出口空气流分散,出风速度较为平稳,局部出风动力不若抽风式者高,因此相对而言出风回流的情形较多,此为吹入式冷却水塔的缺点。
抽风式冷却水塔通常于塔顶装有一马达驱动之轴流式风扇,由于属抽气式因此于其塔内之空气为负压(低于一大气压),塔内空气密度较低,因此热质传系数亦会较低,这是抽风式的缺点。但由于其出口之风扇叶片局部带动,出口空气局部流速较高,吹出之局部风速亦较大,因此排出之湿空气可吹离较远,其回流量远较吹入式冷却水塔少,这是抽风式的优点。然而因空气密度较低(因为出口空气温度较高且含湿量较较大)之故,抽风式需求较大之风力驱动动能。
自顶部溢出之水滴往往是机械驱动空气型冷却水塔所很难完全避免的,由于冷却水塔之冷却水降温模式须利用空气与水的直接接触,由空气带走蒸发之水蒸气,因此所需之空气与水的接触面积特别多,因而水滴撒下时当风速足以带动水滴时,水滴即可能随风向而向上飘逸出水塔,造成飞溅损失现象,因此通常于出水口附近(风扇下方)设有挡水板以便阻挡水滴飞溅损失。抽风式冷却水塔的水滴飞溅损失往往又比吹入式冷却水塔者多,原因是抽风式冷却水塔之出口局部风速较大所致,此点亦是抽风式冷却水塔之缺点。
方形横流式冷却塔喷淋散热填料装设在塔筒四周,水流向下,而空气横向穿过淋水填料后再向上经塔筒排出的自然通风冷却塔。施工、安装要点:1)冷却塔安装过程中应注意防火,严禁在塔体及其邻近使用电焊(或气割)等明火,也不 允许在场人员吸烟等。如动用明火,应采取相应的安全措施。 2)冷却塔基础应保持水平,要求支柱与基面垂直,各基面高差不超过±1mm。中心距允许 偏差 为±2mm。 3)塔体拼装时,螺栓应对称紧固,不允许强行扭曲安装,拼装后不得漏水、漏气。 4)冷却塔塔脚与基础预埋钢板需直接定位焊接,预埋钢板应水平、牢固。 5)冷却塔零部件在运输、存放过程中,其上不允许压重物,不得暴晒,且注意明火。 6)冷却塔进、出水管及补充水管应单独设置管道支架,避免将管道重量传递塔体。 7)风机叶片应妥善保管,防止变形。电机及传动件应上油,在室内存放。 8)为避免杂物进入喷嘴、孔口,组装前应仔细清理。 9)冷却塔安装完毕后,应清理管道、填料表面、集水盘等污垢及塔内遗物,并进行系统清 洗。 10)风机组装要求 (1)风机叶尖与风筒内壁径向间隙应保持均匀,其间隙为0.0075D(D 为风机直径),但 最小间隙不应小于8mm; (2) 叶片安装角度应一致; (3)风机接线盒应密封、防腐;引线须下弯,以防水、汽进入盒内; (4)检查风机转动是否平稳,声音是否正常,从塔顶往下看叶片应顺时针旋转; (5)试运转时,当电流超过额定电流时应立即停机,宜控制在0.90~0.95的额定值; (6)安装完成后,用油布覆盖风机,以防脏物进入和日晒雨淋。产品标准:《玻璃纤维增强塑料冷却塔 第1部分:中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔》GB 7190.1—1997
横流式玻璃钢冷却塔采用两侧进风,靠顶部的风机,使空气经由塔两侧的填料,与热水进行介质交换,湿热空气再排向塔外。填料采用两面有凸点的点波片,通过安装头使点波片粘结成整体,以提高刚性,两面的凸点还可避免直接滴水,因此提高了水膜形成能力,填料尾部设有收水措施。
产品特长:
1、节省空间,结构轻型化
采用专为本系列冷却塔设计的高效热交换填料,其换热面积大幅度提高,与原HBLD系列及原HBLCD系列相比,其占地面积大幅度下降,由于结构设计的优化及采用钢结构,运转重量也大大降低。
2、节省电力
采用通风阻力小的填料和由清华大学专为冷却塔设计的机翼型玻璃钢高效风机,从而减小所配用的电机功率,超低噪声型采用的电机功率更小,更节省电力,也可根据用户的要求,配用双速电机来节电。
3、运转噪声极低
采用清华大学专为冷却塔而设计的FRP材质的机翼低噪声轴流式风机和专为冷却塔而设计的低噪声电机,从而降低了冷却塔的运转噪声。超低噪声系列冷却塔的运转噪声更低,全面符合环保要求。若配用双速电机,在夜间低速运行时,还能使噪声再下降2-3dB(A),用户需要双速电机应在订货时单独提出要求。
4、良好的耐腐蚀性
塔体、水槽及面板均采用具有良好耐腐蚀性能的FRP材质,并在胶衣树脂中加有光稳定剂,具有良好的抗老化性能,经久不变色。塔体钢结构件在加工后采用镀锌处理,提高冷却塔的耐腐蚀性能,在正常使用寿命内,不需另外防腐。
5、组合方便
可采用组合方式来满足不同工况的要求,用户也可根据场地情况进行决定组合,并可根据用户的建筑物特点,调整冷却塔的外观。如用户场地十分有限。我公司也可针对用户的特殊要求进行设计,满足用户对热力性能及噪声的要求。
6、维护方便
本系列冷却塔为组合式设计,相邻冷却塔空气室相互隔开,可在冷却塔正常运转的前提下,进行维护检修,清洗填料、积水管和水箱的工作更加方便。
产品结构:
(1)面板:玻璃钢材质,表面光洁美观,耐腐蚀,防老化。
(2)填料:为改性聚氯乙烯双向点波片,热力性能好,气流阻力小,刚性好,耐热75℃、耐寒、阻燃。
(3)风机:叶片材质为合金铝板。风机气动力合理、风量大、效率高、噪声低、耐腐蚀等特点
(4)电机和减速机:为外协设备。
(5)布水槽:玻璃钢材质,配水均匀,超低噪声型有盖板可蔽光,防杂物飞入,减少溅水声。
(6)消声罩:玻璃钢材质,内粘空腔式阻燃型聚氯乙烯薄膜消声材料。
(7)百叶窗:玻璃钢材质,可防水溅出,并可使进塔气流均匀。
(8)水箱:玻璃钢材质,起集水作用,设有自动补充水设施,可闭路循环直接吸水。
(9)骨架:为折边型钢组装结构,刚性好,重量轻,运输、安装方便,热镀锌防腐。
冷却塔基本知识:
1、冷却塔的作用
工业生产或制冷工艺过程中产生的废热,一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水,冷却工艺设备吸取废热使水温升高,再排入江、河、湖、海,这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时,则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换,使废热传输给空气并散人大气。
以电厂为例,锅炉回将水加热成高温高压蒸汽;推动汽轮机作功使发电机发电。经汽轮机作功后的乏汽排入凝汽器,与冷却水进行热交换凝结成水,,再用水泵打回锅炉循环使用。这一热力循环过程中;乏汽的废热在凝汽器中传给了冷却水,使水温升高.挟带废热的冷却水,在冷却塔中将其热量传给空气,从塔筒出口排人大气。在冷却塔内冷却过的水变为低温水,水泵将其再送入凝汽器,循环使用。前一循环为锅炉中水的循环,后一循环为冷却水的循环、其他工业部门,如石油、化工、钢铁等,也广泛使用冷却塔。冷却塔中水和空气的热交换方式之一是,流过水表面的空气与水直接接触,通过接触传热和蒸发散热,把水中的热量传输给空气.用这种冷却方式的称为湿式冷却塔(简称湿塔)。湿塔的热交换效率高,水被冷却的极限温度为空气的湿球温度.但是,水因蒸发而造成损耗;蒸发又依循环的冷却水含盐度增加,为了稳定水质,必须排掉一部分含盐度较高的水;风吹也会造成水的损失。这些水的亏损必须有足够的新水持续补充,因此,湿塔需要有补给水的水源。缺水地区,补充水有困难的情况下;只能采用干式冷却塔(简称干塔或空冷塔)。干塔中空气与水(也有空气与乏汽)的热交换;是通过由金属管组成的散热器表面传热,将管内的水或乏汽的热量传输给散热器外流动的空气。干塔的热交换效率比湿塔低,冷却的极限温度为空气的干球温度。
2、冷却塔的分类
目前已经被淘汰的冷却塔型这里不再介绍,现还在使用的塔型,分类如下。
A、按通风方式分
按通风方式分有:
自然通风冷却塔
机械通风冷却塔
混合通风冷却塔。
B、按热水和空气的接触方式分
按热水和空气的接触方式分有:
湿式冷却塔;
干式冷却塔;
干湿式冷却塔。
C、按热水和空气的流动方向分
按热水和空气的流动方向分有:
逆流式冷却塔;
横流(交流)式冷却塔;
混流式冷却塔。
D、其他型式的冷却塔
其他型式有喷流式冷却塔和用转盘提水冷却的冷却塔。
3、各种冷却塔简述
自然通风逆流湿式冷却塔
自然通风逆流湿式冷却塔在我国电力部门使用最多,见图12。这种塔型的通风筒常采用双曲线形,用钢筋混凝土浇制其高度已达170多米。老式的塔筒平面上呈多角形、立面为锥形的,现在已经很少用了。
热水由管道通过竖管(竖井)送人热水分配系统。这种分配系统在平面上呈网状布置,分槽式布水、管式布水或槽管结合布水;然后通过喷溅设备,将水洒到填料上;经填料后成雨状落人蓄水池,冷却后的水抽走重新使用.塔筒底部为进风口,用人字柱或交叉柱支承。空气从进风口进人塔体.穿过填料下的雨区,和热水流动成相反方向流过填料(故称逆流式),通过收水器回收空气中的水滴后.再从塔街出口排出.塔外冷空气进人冷却塔后,吸收由热水蒸发和接触散失的热量,温度增加,湿度变大,密度变小.因此,收水器以上的空气经常是饱和或接近饱和状态;其温度要通过计算确定,初步设计时,可取为冷却塔进、出水温的平均值。塔外空气温度低、湿度小、密度大。由于塔内、外空气密度差异在进风口内外产生压差。致使塔外空气源源不断地流进塔内而无需通风机械提供动力,故称为自然通风。
为满足热水冷却需要的空气流量,塔内、外要有足够的压差,但塔内、外空气密度差是有限的,因此自然通风冷却塔必须建造一个高大的塔筒。填料断面气流速度一般为1.0~1.2m/s,比机械通风冷却塔气流速度要小。逆流方式冷却效果高,但通气阻力相对也大,所以填料体积小。填料有点滴式和薄膜式之分,现在大多采用薄膜式填料。
这种填料的特点是,水淋过填料时,水的表面积比较固定;在水量增大时其表面积没有多大变化,所以其淋水密度不宜太大,一般采用6~8(t/(Mh))。在高温、高湿地区,气压较低,形成同样的过塔气量,需要更高的塔简,所以对建造这种塔不利。自然通风湿式冷却塔建造费用高,运行费用低,随着国际上石油价格的提高,机械运行费用相应增加,自然通风冷却塔就显得更经济,因而被采用的愈来愈多了。
自然通风横流湿式冷却塔
这种塔的填料设置在塔简外,如图3所示。热水通过上水管,流人配水池,他底设布水孔,孔距约50CM,下连喷嘴,将热水洒到填料上冷却后,进入塔底水池,抽走重复使用。空气从进风口水平向穿过填料,与水流方向正交,故称横流式或交流式。空气出填料后,通过收水器,从塔街出口排出。在冷却方式中;逆流式效率最高,顺流式效率最差,横流式居中。由于横流冷却方式效率比逆流式差,所以需要比逆流式大的填料体积,但通气阻力较小,因此淋水密度可以加大到15~2Ot/(M·h)。横流塔若采用薄膜式填料,则因耗材料太多而增加了塔的造价,所以现在多采用点滴式填料。使用点滴式填料的另一个好处是,淋水表面在大水量时有较大的增加,相应地提高了冷却效果。这种塔的塔筒内是空的,气流速度可以高一些。