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技術(shù)文章

冷卻塔的原理

閱讀:1043發(fā)布時間:2013-5-6

冷卻塔原理2011-05-16冷卻塔的原理和技術(shù)冷卻塔原理和技術(shù)中文名稱:冷卻塔英文名稱:cooling tower定義:將循環(huán)冷卻水在其中噴淋,使之與空氣直接接觸,通過蒸發(fā)和對流把攜帶的熱量散發(fā)到大氣中去的冷卻裝置。所屬學(xué)科:電力(一級學(xué)科);汽輪機、燃氣輪機(二級學(xué)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(nèi)部循環(huán)水排空。荏原公司的CXW系列冷卻塔在換熱器的設(shè)計上采用立體傾斜式結(jié)構(gòu),確保了流水暢通和排空干凈。換熱器頂部設(shè)有氣閥結(jié)構(gòu),必要時可以通入壓縮空氣輔助排空。 原理  通用術(shù)語“冷卻塔"是用來描述直接(開路)和間接(閉路)散熱設(shè)備。雖然大多數(shù)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(nèi)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(tǒng)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(shè)計,冬季以所需的水溫水量可合并單臺運行或全部停開風(fēng)機。4、施工安裝檢修容易、費用低,常用在空調(diào)和工業(yè)大、中型冷卻循環(huán)水中。 菱科 逆流冷卻塔二、橫流塔  l、水在塔內(nèi)填料中,水自上而下,空氣自塔外水平流向塔內(nèi)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(qū)內(nèi),是空調(diào)界使用較多的冷卻循環(huán)塔。優(yōu)點:節(jié)能、水壓低、風(fēng)阻小、亦配置低速電機、無滴水噪聲和風(fēng)動噪聲,填料和配水系統(tǒng)檢修方便。   2、可隨建筑形狀隨意構(gòu)筑基礎(chǔ)多臺放置,根據(jù)所需的水溫分別啟動單臺或多臺冷卻塔。   3、應(yīng)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(jié)冰不好、濕氣回流大。橫流塔的優(yōu)點正是逆流塔的缺點。 菱科橫流冷卻塔三、噴霧通風(fēng)無填料冷卻塔  采用*的噴霧噴嘴安裝在冷卻塔底上部進風(fēng)處,有噴霧自旋無電機送風(fēng)和塔頂排風(fēng)兩種方式。將熱水經(jīng)噴嘴內(nèi)旋片時產(chǎn)生內(nèi)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(xiàn)象,冷卻效果穩(wěn)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(biāo)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(tǒng)冷卻塔的一種變形和發(fā)展。它實際上是一種蒸發(fā)冷卻塔,冷卻器和濕式冷卻塔的組合,它是臥式的蒸發(fā)式冷卻塔,工藝流體在管內(nèi)流過,空氣 在管外流過,兩者互不接觸。塔底蓄水池內(nèi)的水由循環(huán)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(zhì)的效果。   2.封閉式冷卻塔適用于對循環(huán)水質(zhì)要求較高的各種冷卻系統(tǒng),在電力、化工、鋼鐵、食品和許多工業(yè)部門有應(yīng)用前景。另一方面,與空冷式熱交換器相比,蒸發(fā)式冷卻塔利用管下側(cè)水的蒸發(fā)潛熱,使空氣側(cè)傳熱傳質(zhì)顯著增強,也具有明顯的優(yōu)點。   密閉式冷卻塔(也叫蒸發(fā)式空冷器)將管式換熱器置于塔內(nèi),通過流通的空氣、噴淋水與循環(huán)水的熱交換保證降溫效果。由于是閉式循環(huán),其能夠保證水質(zhì)不受污染,很好的保護了主設(shè)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(tǒng),起到節(jié)水效果。推著國家節(jié)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(diào)系統(tǒng)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。北方地區(qū)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(jù)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(nèi)部循環(huán)水排空。荏原公司的CXW系列冷卻塔在換熱器的設(shè)計上采用立體傾斜式結(jié)構(gòu),確保了流水暢通和排空干凈。換熱器頂部設(shè)有氣閥結(jié)構(gòu),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(fā)冷卻器。 常用術(shù)語  一些有用的術(shù)語,通常在冷卻塔工業(yè)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(zhì)濃度相同。漂移速度通常采用擋板減少類似的設(shè)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(qū)。 井噴 - 吹的風(fēng)冷卻塔,水滴,一般在進氣口開口。水也可能會丟失,在風(fēng)的情況下,通過濺或噴霧。例如風(fēng)簾,百葉,飛濺偏轉(zhuǎn)和水分流調(diào)節(jié)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(jié),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(jié)冰的危害及其周圍地區(qū)。請注意,水的蒸發(fā)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(nèi)。 吹式 - 的循環(huán)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(zhì)的部分金額。 由流經(jīng)木結(jié)構(gòu)冷卻塔用水沖洗行動浸出 - 損失的木材防腐化學(xué)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(chǎn)生的影響,水質(zhì)下降的空氣受到球迷的運動,該運動在風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu),電機,變速箱和傳動帶。  冷卻塔風(fēng)機的節(jié)能及安全控制分析   1 風(fēng)機節(jié)能控制器的分析   提出風(fēng)機節(jié)能控制管理的目的,是實現(xiàn)風(fēng)機運行閉環(huán)自動控制。根據(jù)生產(chǎn)的需要預(yù)先設(shè)定供水溫度,由氣候氣象環(huán)境對水溫的影響、系統(tǒng)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(yīng)出來,zui終通過調(diào)控降溫設(shè)備的能耗來穩(wěn)定供水溫度,實現(xiàn)自控節(jié)能。 通常認為,“變頻調(diào)速技術(shù)"是完成上述過程的理想方法。但變頻調(diào)速技術(shù)在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機控制上的運用存在如下局限性和缺陷: ①“變頻調(diào)速技術(shù)"可以做到很高的控溫精度,但這在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(jié)能效果。 ③變速運行造成風(fēng)扇葉片攻角改變(迎風(fēng)角),風(fēng)機脫離工作點運行使效率降低。 ④電機脫離額定轉(zhuǎn)速的低速運行,以及轉(zhuǎn)速、扭矩、功耗之間的非線性關(guān)系,也使電機的運行效率大為降低。 ⑤變頻調(diào)速系統(tǒng)價格較為昂貴(每千瓦1000元左右),新建工程和老設(shè)備改造都需較大投入。 ⑥設(shè)計上還必需考慮變頻調(diào)速器運行在某些特定轉(zhuǎn)速時的破壞性共振問題,和變頻調(diào)速器產(chǎn)生強電磁污染對其它儀表的干擾等問題。   2 風(fēng)機安全監(jiān)控器分析   提出風(fēng)機安全監(jiān)控管理的目的,是為了自動檢測出振動、油溫、油位的變化數(shù)值,并進行顯示和記錄,同時對檢測值超限的風(fēng)機進行報警和停機,以求達到風(fēng)機安全平穩(wěn)運行的目的,減少甚至杜絕風(fēng)機損壞事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場管理的實際情況,確定了“風(fēng)機振動"、“滑油油溫"、“減速箱油位"3個參數(shù)是保證風(fēng)機安全zui重要的運行參數(shù)[3]。又確定了“測量范圍"、“測量精度"、“巡檢時間"等共15項設(shè)計參數(shù)進行研發(fā)制作。該系統(tǒng)于1993年9月在循環(huán)水場得到試用,命名為“KR-939風(fēng)機安全監(jiān)控器"。   該系統(tǒng)運用了多參數(shù)組合探頭技術(shù)、數(shù)字指令編碼技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。三參數(shù)組合探頭安裝于風(fēng)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(nèi)的油溫、泊位及設(shè)備振動值直接轉(zhuǎn)換為電信號,并遠傳至控制室內(nèi)的風(fēng)機安全監(jiān)控器。每臺安全監(jiān)控器可以用一條四芯電纜掛接8只組合探頭,對8臺風(fēng)機的運行參數(shù)進行實時監(jiān)控,同時完成數(shù)字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經(jīng)過了多次的試驗和改型設(shè)計,目前已經(jīng)成功運用于設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場,各項參數(shù)達到了預(yù)定的設(shè)計要求。   3 實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)控制分析   上面介紹的兩種測控系統(tǒng),可以通過一條四芯通訊電纜(RS-422標(biāo)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(dāng)配備相應(yīng)的組態(tài)化監(jiān)控管理軟件(DCS-900軟件),即可與多臺KR-933、KR-939監(jiān)控器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。與計算機聯(lián)網(wǎng)后的風(fēng)機監(jiān)控器增加了如下功能:   ①同時監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有控制器的測量參數(shù),實現(xiàn)綜合管理。   ②修改網(wǎng)內(nèi)各控制器的設(shè)定參數(shù)。   ③根據(jù)各控制器運行參數(shù)變化實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化管理。   ④進行歷史數(shù)據(jù)及圖形的記錄,幫助分析,方便查詢。   4 風(fēng)機管理研究的效果分析   4.1 風(fēng)機運行節(jié)電效果明顯   以安裝了KR-933的第二循環(huán)水場為例,使用KR-933節(jié)能控制器的節(jié)能效果。 zui初現(xiàn)場試用KR-933節(jié)能控制器的第三循環(huán)水場,在1993年風(fēng)機負荷較重的6,7,8,9這4個月內(nèi),耗電量與1991,1992年同期相比,節(jié)電量178533kW?h,若以0.45元/(kW?h)計算,這4個月共節(jié)約用電費7.92萬元;而第三循環(huán)水場安裝節(jié)能控制器的費用只有4.36萬元,可見投入的費用只需設(shè)備運行幾個月就能收回。   4.2 保證風(fēng)機安全運行   根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,處于完好狀態(tài)下的風(fēng)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(yīng)近似一條水平的直線。   ③振動曲線:開機狀態(tài)下,圍繞一條虛擬的直線作上下窄幅振蕩的不規(guī)則曲線。   5 不足之處分析   5.1 大型風(fēng)機不適合應(yīng)用KR-933節(jié)能控制器   對于大功率少機組風(fēng)機的循環(huán)水場,由于每開停1臺風(fēng)機,都會對水溫產(chǎn)生很大的影響。因而,應(yīng)用KR-933風(fēng)機節(jié)能控制器無法正常穩(wěn)定控制水溫。如第六循環(huán)水場共有3臺直徑8.53m、功率160kW的風(fēng)機,假設(shè)安裝風(fēng)機節(jié)能控制器,在設(shè)定溫度速率允差。溫度允差、執(zhí)行周期等參數(shù)時,必然產(chǎn)生極大的矛盾,很難選擇出適當(dāng)?shù)膮?shù)值,zui終也達不到節(jié)能降耗的目的。這種情況下的風(fēng)機管理,比較適合采用自動變頻調(diào)速系統(tǒng)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(tǒng)的油位測量技術(shù)還有待改進   目前KR-939安全監(jiān)控器仍存在不足,其主要問題是油位監(jiān)測,由于受惡劣條件的影響,較容易出現(xiàn)熱絲結(jié)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(fēng)機的科學(xué)現(xiàn)代化管理,還應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上不斷改進。  

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