冷卻塔的原理
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冷卻塔原理2011-05-16冷卻塔的原理和技術冷卻塔原理和技術中文名稱：冷卻塔英文名稱：cooling tower定義：將循環冷卻水在其中噴淋，使之與空氣直接接觸，通過蒸發和對流把攜帶的熱量散發到大氣中去的冷卻裝置。所屬學科：電力（一級學科）；汽輪機、燃氣輪機（二級學科）通俗定義： 如果在冬季密閉式冷卻塔不需要運行，停機時，須將噴淋水和內部循環水排空。荏原公司的CXW系列冷卻塔在換熱器的設計上采用立體傾斜式結構，確保了流水暢通和排空干凈。換熱器頂部設有氣閥結構，必要時可以通入壓縮空氣輔助排空。 原理 通用術語“冷卻塔"是用來描述直接（開路）和間接（閉路）散熱設備。雖然大多數想出一個“冷卻塔作為一個開放的直接接觸散熱裝置"，間接冷卻塔，有時被稱為“閉合電路的冷卻塔"的是但也是一個冷卻塔。 1、水在塔內填料中，水自上而下，空氣自下而上，兩者流向相反一種冷卻塔。2、逆流冷卻塔熱力性能好、分三個冷卻段： ①布水器到填料頂這一空間，此段的水溫較高，所以仍可將熱量傳給空氣。 ②填料水與空氣熱交換段。 ③填料至集水池空間淋水段，水在此段被冷卻稱之為“尾效"。在我國北方水溫可下降1-2℃。綜上所述，逆流塔比橫流塔在相同的情況下，填料體積小20％左右，逆流塔熱交換過程更合理冷效高。 3、配水系統不易堵塞、淋水填料保持清潔不易老化、濕氣回流小、防凍化冰措施更容易。多臺可組合設計，冬季以所需的水溫水量可合并單臺運行或全部停開風機。4、施工安裝檢修容易、費用低，常用在空調和工業大、中型冷卻循環水中。 菱科 逆流冷卻塔二、橫流塔 l、水在塔內填料中，水自上而下，空氣自塔外水平流向塔內兩者流向呈垂直正交一種冷卻塔。常用在噪聲要求嚴格的居民區內，是空調界使用較多的冷卻循環塔。優點：節能、水壓低、風阻小、亦配置低速電機、無滴水噪聲和風動噪聲，填料和配水系統檢修方便。 2、可隨建筑形狀隨意構筑基礎多臺放置，根據所需的水溫分別啟動單臺或多臺冷卻塔。 3、應注意的是：框架要多40％熱交換時要有較多的填料體積，填料易老化、配水孔易堵塞、防結冰不好、濕氣回流大。橫流塔的優點正是逆流塔的缺點。 菱科橫流冷卻塔三、噴霧通風無填料冷卻塔 采用*的噴霧噴嘴安裝在冷卻塔底上部進風處，有噴霧自旋無電機送風和塔頂排風兩種方式。將熱水經噴嘴內旋片時產生內旋流形成細微霧狀化噴出，使霧狀存 在、向上噴順流亦下落逆流兩個冷卻時效。霧化均勻無中空現象，冷卻效果穩定、電能消耗低、漂水率0.01％，不用填料、造價低壽命長，符合 GB7190.1-1997國家標準。使用范圍冶金、食品、化工、高濁、高溫、防腐冷卻塔。四、封閉式冷卻塔 1. 封閉式冷卻塔是傳統冷卻塔的一種變形和發展。它實際上是一種蒸發冷卻塔，冷卻器和濕式冷卻塔的組合，它是臥式的蒸發式冷卻塔，工藝流體在管內流過，空氣 在管外流過，兩者互不接觸。塔底蓄水池內的水由循環泵抽取后，送往管外均勻地噴淋下來。與工藝式流體熱水或制冷劑和管外空氣并不接觸，成為一種封閉式冷卻 塔，通過噴淋水增強傳熱傳質的效果。 2.封閉式冷卻塔適用于對循環水質要求較高的各種冷卻系統，在電力、化工、鋼鐵、食品和許多工業部門有應用前景。另一方面，與空冷式熱交換器相比，蒸發式冷卻塔利用管下側水的蒸發潛熱，使空氣側傳熱傳質顯著增強，也具有明顯的優點。 密閉式冷卻塔（也叫蒸發式空冷器）將管式換熱器置于塔內，通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果。由于是閉式循環，其能夠保證水質不受污染，很好的保護了主設備的運行，提高了使用壽命。外界氣溫較低時，可以停掉噴淋水系統，起到節水效果。推著國家節能減排政策的實施和水資源的日益匱乏，近幾年密閉式冷卻塔在鋼鐵冶金、電力電子、機械加工、空調系統等行業得到了廣泛的應用。北方地區冬季氣溫通常在零度以下，密閉式冷卻塔的運行防凍問題日益突出，如果解決的不好，可能凍壞換熱管或冷卻塔其他部件。根據不同的工藝特點，密閉式冷卻塔有的冬季全天運行，有的部分時間段運行，有的幾乎不用。但都需要考慮防凍問題。 菱科北方封閉式冷卻塔 如果在冬季密閉式冷卻塔不需要運行，停機時，須將噴淋水和內部循環水排空。荏原公司的CXW系列冷卻塔在換熱器的設計上采用立體傾斜式結構，確保了流水暢通和排空干凈。換熱器頂部設有氣閥結構，必要時可以通入壓縮空氣輔助排空。 封閉式冷卻塔，又稱閉式冷卻塔，蒸發冷卻器。 常用術語 一些有用的術語，通常在冷卻塔工業中使用： 漂移 - 水正在開展的與廢氣冷卻塔飛沫。漂移液滴具有與進入塔水的雜質濃度相同。漂移速度通常采用擋板減少類似的設備，所謂的漂流排除，通過空中旅行后必須離開填充和塔噴霧區。 井噴 - 吹的風冷卻塔，水滴，一般在進氣口開口。水也可能會丟失，在風的情況下，通過濺或噴霧。例如風簾，百葉，飛濺偏轉和水分流調節裝置來限制這些損失。 煙羽 - 飽和的流離開廢氣冷卻塔。羽流是可見的水蒸汽時，它包含了涼爽空氣接觸凝結，在人的呼吸霧大冷天像飽和空氣。在某些情況下，冷卻塔羽毛，可能會噴霧或結冰的危害及其周圍地區。請注意，水的蒸發冷卻過程是“純粹的"水，在相反的是漂移的飛沫或水的比例非常小吹的進氣口內。 吹式 - 的循環水流量是拆除，以保持在一個可接受的水平，溶解固體和其他雜質的部分金額。 由流經木結構冷卻塔用水沖洗行動浸出 - 損失的木材防腐化學品。 噪音 - 聲音能量冷卻塔排放，并聽取了（記錄）在給定的距離和方向。聲音是對所產生的影響，水質下降的空氣受到球迷的運動，該運動在風扇葉片結構，電機，變速箱和傳動帶。 冷卻塔風機的節能及安全控制分析 1 風機節能控制器的分析 提出風機節能控制管理的目的，是實現風機運行閉環自動控制。根據生產的需要預先設定供水溫度，由氣候氣象環境對水溫的影響、系統換熱條件的改變對水溫的影響，用溫感探頭的實測值及時反應出來，zui終通過調控降溫設備的能耗來穩定供水溫度，實現自控節能。 通常認為，“變頻調速技術"是完成上述過程的理想方法。但變頻調速技術在循環水冷卻塔風機控制上的運用存在如下局限性和缺陷： ①“變頻調速技術"可以做到很高的控溫精度，但這在循環冷卻水系統卻不很重要。 ②變頻器自身的能量損耗（平均運行效率不足90％）影響節能效果。 ③變速運行造成風扇葉片攻角改變（迎風角），風機脫離工作點運行使效率降低。 ④電機脫離額定轉速的低速運行，以及轉速、扭矩、功耗之間的非線性關系，也使電機的運行效率大為降低。 ⑤變頻調速系統價格較為昂貴（每千瓦1000元左右），新建工程和老設備改造都需較大投入。 ⑥設計上還必需考慮變頻調速器運行在某些特定轉速時的破壞性共振問題，和變頻調速器產生強電磁污染對其它儀表的干擾等問題。 2 風機安全監控器分析 提出風機安全監控管理的目的，是為了自動檢測出振動、油溫、油位的變化數值，并進行顯示和記錄，同時對檢測值超限的風機進行報警和停機，以求達到風機安全平穩運行的目的，減少甚至杜絕風機損壞事故的發生。根據現場管理的實際情況，確定了“風機振動"、“滑油油溫"、“減速箱油位"3個參數是保證風機安全zui重要的運行參數[3]。又確定了“測量范圍"、“測量精度"、“巡檢時間"等共15項設計參數進行研發制作。該系統于1993年9月在循環水場得到試用，命名為“KR-939風機安全監控器"。 該系統運用了多參數組合探頭技術、數字指令編碼技術和計算機網絡管理技術。三參數組合探頭安裝于風機減速箱泊尺固定座上，其探桿直接插入滑油中，將減速箱內的油溫、泊位及設備振動值直接轉換為電信號，并遠傳至控制室內的風機安全監控器。每臺安全監控器可以用一條四芯電纜掛接8只組合探頭，對8臺風機的運行參數進行實時監控，同時完成數字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經過了多次的試驗和改型設計，目前已經成功運用于設備生產現場，各項參數達到了預定的設計要求。 3 實現計算機聯網控制分析 上面介紹的兩種測控系統，可以通過一條四芯通訊電纜（RS-422標準串行接口）與1臺管理計算機連接，計算機可以是通用型PC機或工控機。當配備相應的組態化監控管理軟件（DCS-900軟件），即可與多臺KR-933、KR-939監控器實現聯網控制。與計算機聯網后的風機監控器增加了如下功能： ①同時監控網內所有控制器的測量參數，實現綜合管理。 ②修改網內各控制器的設定參數。 ③根據各控制器運行參數變化實現系統優化管理。 ④進行歷史數據及圖形的記錄，幫助分析，方便查詢。 4 風機管理研究的效果分析 4.1 風機運行節電效果明顯 以安裝了KR-933的第二循環水場為例，使用KR-933節能控制器的節能效果。 zui初現場試用KR-933節能控制器的第三循環水場，在1993年風機負荷較重的6，7，8，9這4個月內，耗電量與1991，1992年同期相比，節電量178533kW?h，若以0.45元/（kW?h）計算，這4個月共節約用電費7.92萬元；而第三循環水場安裝節能控制器的費用只有4.36萬元，可見投入的費用只需設備運行幾個月就能收回。 4.2 保證風機安全運行 根據現場經驗，處于完好狀態下的風機，其油溫、油位、振動曲線的特征如下： ①油溫曲線：從開、停機時刻起逐漸升、降，約1h左右變成一條近似直線的平滑曲線。 ②泊位曲線：無論是否開機，都應近似一條水平的直線。 ③振動曲線：開機狀態下，圍繞一條虛擬的直線作上下窄幅振蕩的不規則曲線。 5 不足之處分析 5.1 大型風機不適合應用KR-933節能控制器 對于大功率少機組風機的循環水場，由于每開停1臺風機，都會對水溫產生很大的影響。因而，應用KR-933風機節能控制器無法正常穩定控制水溫。如第六循環水場共有3臺直徑8.53m、功率160kW的風機，假設安裝風機節能控制器，在設定溫度速率允差。溫度允差、執行周期等參數時，必然產生極大的矛盾，很難選擇出適當的參數值，zui終也達不到節能降耗的目的。這種情況下的風機管理，比較適合采用自動變頻調速系統進行控制管理。目前也正在進行這方面的準備工作。 5.2 KR-939安全控制系統的油位測量技術還有待改進 目前KR-939安全監控器仍存在不足，其主要問題是油位監測，由于受惡劣條件的影響，較容易出現熱絲結垢、滑油含水造成斷絲故障。若探頭檢修不及時，還需要進行人工上塔巡檢實測。 加強風機的科學現代化管理，還應在現有的基礎上不斷改進。
