冷卻塔的熱力計算參考模板

1、l 冷卻塔的熱力計算 冷卻塔的任務是將一定水量Q，從水溫t1冷卻到t2，或者冷卻tt1t2。因此，要設(shè)計出規(guī)格合適的冷卻塔，或核算已有冷卻塔的冷卻能力，我們必須做冷卻塔的熱力計算。 為了便于計算，我們對冷卻塔中的熱力過程作如下簡化假設(shè)： （1）散熱系數(shù)，散質(zhì)系數(shù)，以及濕空氣的比熱，在整個冷卻過程被看作是常量，不隨空氣溫度及水溫變化。 (2) 在冷卻塔內(nèi)由于水蒸氣的分壓力很小，對塔內(nèi)壓力變化影響也很小，所以計算中壓力取平均大氣壓力值。 （3）認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) 在熱平衡計算中，由于蒸發(fā)水量不大，也可以將蒸發(fā)水量忽略不計。 (5) 在水溫變化不

2、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。 冷卻塔的熱力計算方法有焓差法、濕差法和壓差法等，其中最常用的是麥克爾提出的焓差法，以下簡要介紹冷卻塔的焓差法熱力計算。 麥克爾提出的焓差法把過去由溫度差和濃度差為動力的傳熱公式，統(tǒng)一為一個以焓差為動力的傳熱公式。在方程式中，麥克爾引進入劉易斯關(guān)系式，導出了以焓差為動力的散熱方程式。 （1）式中： 水散出熱量； 以含濕差為基準的容積散質(zhì)系數(shù) ； 溫度為水溫t時飽和空氣比焓 ()； 空氣比焓 ()。將式（1）代入冷卻塔內(nèi)熱平衡方程： （2）2 / 13式中： 水散出熱量； 水的比熱 ； 冷卻水量 ()； 蒸發(fā)水量 () 水溫度

3、 （）并引入系數(shù)K：式中 塔內(nèi)平均汽化熱（） 經(jīng)整理，并積分后，可得冷卻塔熱力計算的基本方程式： （3） 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)，以符號愿表示，即：（3）式的右端表示冷卻任務的大小，與氣象條件有關(guān)，而與冷卻塔的構(gòu)造無關(guān)，稱為冷卻數(shù)(或交換數(shù))，以符號表示，也即： 由于水溫不是空氣焓的直接函數(shù)，直接積分有困難，所以，在求解冷卻數(shù)的時候，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、平均推動力法、切比雪夫積分法、對數(shù)及算術(shù)平均焓差法，以及不少的經(jīng)驗曲線與圖表，這里只介紹美國冷卻塔協(xié)會(

4、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(CTI)所推薦，在美國及日本均被采用。這種積分方法是將積分式，在x軸上a到b之間求出幾個預定的y值，某y值的總和乘恒定值ba，便為所求的積分值。其分點為ba的0.102673倍、0.406204倍、0.593796倍及0.897327倍。求其4個分點相應的y值。為計算簡化，小數(shù)點后取一位，則為ba的0.1倍，0.4倍，0.6倍及0.9倍。其計算公式為： 如果溫差較小時，其分點也可以不按上述倍數(shù)劃分，可將水溫差t四等分，求各份中點的焓差，然后代入公式計算。如果按倍數(shù)劃分時，各分點相應的焓差如下表所示。上述即為一個完整的冷卻塔熱力計算

5、過程，它既可用于冷卻塔的設(shè)計計算，也可用于現(xiàn)有冷卻塔的核算。在核算已有冷卻塔時，已知塔的尺寸及內(nèi)部部件，水量Q，進水溫度t1，大氣壓力pa，干球溫度1，濕球溫度1。則要求計算：出水溫度t2，通氣量G，出塔空氣干球溫度2，出塔空氣濕球溫度2。冷卻塔的設(shè)計是一個試算過程，即根據(jù)給定條件，選定塔的尺寸及內(nèi)部部件，然后計算水溫t2，使其滿足設(shè)計要求。因此冷卻塔的熱力計算即為計算出塔水溫t2，同時也計算通氣量及排氣溫度。l 冷卻塔的通風阻力計算 在設(shè)計新的冷卻塔時，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、冷卻塔的進風口、導風裝置、

6、收水器、配水器等，并選定風機的型號和風量、風壓，這樣就需要對冷卻塔內(nèi)氣流通風阻力作比較準確的計算。1. 冷卻塔的通風阻力構(gòu)成 冷卻塔的通風阻力,即空氣流動在冷卻塔內(nèi)的壓力損失，為沿程摩阻和局部阻力之和。通常把冷卻塔的全部通風阻力從冷卻塔的進口到風機出口分為10個部分進行計算，如圖所示： 進風口的阻力； 導風裝置的阻力； 空氣流轉(zhuǎn)彎的阻力； 淋水裝置進口處突然收縮的阻力； 空氣流過淋水裝置的阻力(摩擦阻力和局部阻力)； 淋水裝置出口處突然膨脹的阻力； 配水裝置的阻力； 收水器的阻力； 風機進口的阻力； 風機風筒出口的阻力。冷卻塔的通風總阻力 : （1）2.冷卻塔的局部通風阻力計算如前所述，冷卻塔

7、總的局部阻力包括進風口、導流設(shè)施、淋水裝置、配水系統(tǒng)、收水器以及風筒阻力(包括風機進出口)、氣流的收縮、擴大、轉(zhuǎn)彎等部分。各局部阻力可按下述公式來計算：(毫米水柱) （2）式中： 各局部阻力系數(shù)； 相應部位的空氣流速(米秒)； 相應部位的空氣比重(公斤米3)；重力加速度。而冷卻塔的總局部阻力可寫成：(毫米水柱)由于氣流密度在冷卻塔內(nèi)變化很小，所以在球求解時，各處的密度值均取冷卻塔進、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)風機特性曲線及熱力計算時確定的氣水比選擇風量G(公斤時)后，由下式確定： 冷卻塔各部件處局部阻力系數(shù)值的確定： (1)進風口 (2)導風裝置式中：淋水密度(

8、米3米2·小時)； 導風裝置長度(米)。 (3)進入淋水裝置處氣流轉(zhuǎn)彎： (4)淋水裝置進口處突然收縮： 淋水裝置的截面(m2)。(5)淋水裝置 式中：單位高度淋水裝置的阻力系數(shù)； 系數(shù)；淋水裝置高度()。 淋水裝置的阻力亦可以從試驗資料直接查得，若需改變形水裝置的尺度時，其阻力降的近似值計算可參閱資料。 (6)淋水裝置出口突然膨脹 (7)配水裝置式中：配水裝置中氣流通過的有效截面積(米2)塔壁內(nèi)的橫截面積(米2)。(8)收水器式中：式中：收水器中氣流通過的有效截面積(米2)；塔壁內(nèi)的橫截面積(米2)。 (9)風機進口 可根據(jù)下式確定：根據(jù)查表取值；收縮后的截面積()；收縮前的截面積

9、()；式中：摩擦系數(shù)；可采用0.03。 (10)風機鳳筒出口(擴散筒) 式中： 風筒速度分布不均勻而影響修正系數(shù)，根據(jù) ； 根據(jù)查表取值。由上述計算，我們得到冷卻塔的總通風阻力，然后再確認它是否與風機的額定風量下所能提供的風壓相適應。如果相適應且又能滿足熱力性能要求，則該冷卻塔的設(shè)計計算完成。若不適應就要選用另外的風機或改變冷卻塔部件的結(jié)構(gòu)尺寸，重新計算空氣的流動阻力，經(jīng)過多次反復直到既滿足風機的風壓要求又滿足熱力性能時為止。l 冷卻塔性能的評價通過冷卻塔驗收試驗或性能試驗整理出結(jié)果，應對該冷卻塔的性能作出評價。評價的指標，決定于所采用的評價方法，有以冷卻出水溫度，或以冷卻能力 (實測經(jīng)修正后

10、的氣水比與設(shè)計時氣水比的比值)作為評價指標，也有用其它的評價指標。下面介紹幾種目前國內(nèi)外常用的冷卻塔性能評價方法。1.按計算冷卻水溫評價 根據(jù)冷卻數(shù)方程式表示的熱力特性和阻力特性，可以綜合計算得到設(shè)計或其它條件下的冷卻水溫。 根據(jù)設(shè)計條件及實測的熱力、阻力特性，計算出冷卻水溫，與設(shè)計的進行比較，如前者的值等于或低于后者的值，則該冷卻塔的冷卻效果達到或優(yōu)于設(shè)計值。2.按實測冷卻水溫評價 通過驗收試驗，測得一組工況條件下的出塔冷卻水溫，由于試驗條件與設(shè)計條件的差異，需通過換算方可比較，其比較的方法是：將實測的工況條件代入設(shè)計時提供的性能曲線或設(shè)計采用的計算方法和公式，計算出冷卻水溫，如果比實測的高

11、，則說明新建或改建的冷卻塔實際冷卻效果要比設(shè)計的好，反之則說明冷卻塔效果差。 這種用實測冷卻水溫的評價方法，計算簡便，評價結(jié)果直感，試驗時不需測量進塔風量，易保證測試結(jié)果的精度，但需設(shè)計單位提供一套性能曲線(操作曲線)或計算公式。3.特性曲線評價法3.1性能評價應用公式式中實測冷卻能力； 修正到設(shè)計條件下的冷卻水量()； 設(shè)計冷卻水量()； 試驗條件下的實測風量()； 修正到設(shè)計工況條件下的氣水比， 由于試驗條件與設(shè)計條件存在差異，故需將試驗條件下所測之數(shù)據(jù)，修正到設(shè)計條件下進行評價。3.2設(shè)計工況點的決定在作設(shè)計時，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，在雙對數(shù)坐標紙上便可獲得

12、一條的設(shè)計特性曲線，如下圖中直線1。 根據(jù)給定的冷卻任務（）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和曲線2的交點。即為滿足設(shè)計要求的工況點。 3.3試驗條件的工況向設(shè)計條件修正 冷卻塔進行驗收試驗或性能試驗時，由于實測進塔空氣量G，和設(shè)計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c則表示修正到設(shè)計條件下的工作點，C點對應的氣水比即為修正到設(shè)計工況條件下的氣水比。 c點的獲得，可由試驗得到的冷卻數(shù)和氣水比點繪到冷卻塔設(shè)計特性曲線圖上，得試驗點b，過b點作直線

13、3平行于直線1，從而可得到直線3和曲線2交點c。 根據(jù)試驗實測的空氣量及修正后c點的氣水比，便可得到修正后的冷卻水量，即： 將上式代入便可求得實測冷卻能力。如大于90或95，應視為達到設(shè)計要求；大于100，應視為超過設(shè)計要求。4.美國CTI機械通風冷卻塔特性曲線評價法 此評價方法與上述的冷卻塔性能評價方法基本相同，亦是以實測冷卻能力表示的，即： 所不同的是上式中進塔風量不是直接測定的，而是測定機械通風冷卻塔的風機功率，根據(jù)風機功率再計算進塔風量。計算公式為： （kg/h）式中 通過實測風機功率換算的風量()； 設(shè)計風量)； 實測風機功率()； 設(shè)計風機功率()。 風量求得后，其它計算方法均與前

14、所述相同。5.美國CTI機械通風冷卻塔操作曲線評價法(1) 本法是由試驗數(shù)據(jù)利用操作曲線評價機械通風冷卻塔性能的方法，計算結(jié)果是以冷卻能力表示。(2) 設(shè)計單位應提供相當于設(shè)計冷卻水量的90、100、110三組曲線組成的操作曲線圖。每組曲線以濕球溫度為橫坐標，出塔水溫為縱坐標，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)計值，80設(shè)計值和120設(shè)計值三條冷卻幅寬曲線。設(shè)計點應在曲線圖上表示。(3) 冷卻塔能力的確定。將設(shè)計單位提供的性能曲線轉(zhuǎn)化繪制成在試驗條件下確定冷卻塔能力的列線圖。其步驟首先以試驗濕球溫度為基礎(chǔ)，繪制一組以冷卻幅寬為橫坐標，出塔水溫為縱坐標，冷卻水量為參變數(shù)的曲線(