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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(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(guò)蒸發(fā)和對(duì)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(jí)學(xué)科）；汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)（二級(jí)學(xué)科）通俗定義：如果在冬季密閉式冷卻塔不需要運(yùn)行，停機(jī)時(shí)，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(jì)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(shí)可以通入壓縮空氣輔助排空。原理　　通用術(shù)語(yǔ)“冷卻塔"是用來(lái)描述直接（開(kāi)路）和間接（閉路）散熱設(shè)備。雖然大多數(shù)想出一個(gè)“冷卻塔作為一個(gè)開(kāi)放的直接接觸散熱裝置"，間接冷卻塔，有時(shí)被稱為“閉合電路的冷卻塔"的是但也是一個(gè)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(gè)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。　?、谔盍纤c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(guó)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(guò)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(tái)可組合設(shè)計(jì)，冬季以所需的水溫水量可合并單臺(tái)運(yùn)行或全部停開(kāi)風(fēng)機(jī)。4、施工安裝檢修容易、費(fèi)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(yán)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(diǎn)：節(jié)能、水壓低、風(fēng)阻小、亦配置低速電機(jī)、無(wú)滴水噪聲和風(fēng)動(dòng)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(tái)放置，根據(jù)所需的水溫分別啟動(dòng)單臺(tái)或多臺(tái)冷卻塔。　　3、應(yīng)注意的是：框架要多40％熱交換時(shí)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(diǎn)正是逆流塔的缺點(diǎn)。菱科橫流冷卻塔三、噴霧通風(fēng)無(wú)填料冷卻塔　　采用*的噴霧噴嘴安裝在冷卻塔底上部進(jìn)風(fēng)處，有噴霧自旋無(wú)電機(jī)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(shí)產(chǎn)生內(nèi)旋流形成細(xì)微霧狀化噴出，使霧狀存在、向上噴順流亦下落逆流兩個(gè)冷卻時(shí)效。霧化均勻無(wú)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(jià)低壽命長(zhǎng)，符合 GB7190.1-1997國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)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(guò)，空氣在管外流過(guò)，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(lái)。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(guò)噴淋水增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)的效果。　　2.封閉式冷卻塔適用于對(duì)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(qiáng)，也具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。　　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(guò)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(hù)了主設(shè)備的運(yùn)行，提高了使用壽命。外界氣溫較低時(shí)，可以停掉噴淋水系統(tǒng)，起到節(jié)水效果。推著國(guó)家節(jié)能減排政策的實(shí)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(jī)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(yùn)行防凍問(wèn)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(diǎn)，密閉式冷卻塔有的冬季全天運(yùn)行，有的部分時(shí)間段運(yùn)行，有的幾乎不用。但都需要考慮防凍問(wèn)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(yùn)行，停機(jī)時(shí)，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(jì)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(shí)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(yǔ)　　一些有用的術(shù)語(yǔ)，通常在冷卻塔工業(yè)中使用：漂移 - 水正在開(kāi)展的與廢氣冷卻塔飛沫。漂移液滴具有與進(jìn)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(guò)空中旅行后必須離開(kāi)填充和塔噴霧區(qū)。井噴 - 吹的風(fēng)冷卻塔，水滴，一般在進(jìn)氣口開(kāi)口。水也可能會(huì)丟失，在風(fēng)的情況下，通過(guò)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(lái)限制這些損失。煙羽 - 飽和的流離開(kāi)廢氣冷卻塔。羽流是可見(jiàn)的水蒸汽時(shí)，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(huì)噴霧或結(jié)冰的危害及其周圍地區(qū)。請(qǐng)注意，水的蒸發(fā)冷卻過(guò)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(jìn)氣口內(nèi)。吹式 - 的循環(huán)水流量是拆除，以保持在一個(gè)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(dòng)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(tīng)取了（記錄）在給定的距離和方向。聲音是對(duì)所產(chǎn)生的影響，水質(zhì)下降的空氣受到球迷的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)在風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)，電機(jī)，變速箱和傳動(dòng)帶。　冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能及安全控制分析　　1 風(fēng)機(jī)節(jié)能控制器的分析　　提出風(fēng)機(jī)節(jié)能控制管理的目的，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行閉環(huán)自動(dòng)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(duì)水溫的影響、系統(tǒng)換熱條件的改變對(duì)水溫的影響，用溫感探頭的實(shí)測(cè)值及時(shí)反應(yīng)出來(lái)，zui終通過(guò)調(diào)控降溫設(shè)備的能耗來(lái)穩(wěn)定供水溫度，實(shí)現(xiàn)自控節(jié)能。通常認(rèn)為，“變頻調(diào)速技術(shù)"是完成上述過(guò)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(jī)控制上的運(yùn)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(yùn)行效率不足90％）影響節(jié)能效果。 ③變速運(yùn)行造成風(fēng)扇葉片攻角改變（迎風(fēng)角），風(fēng)機(jī)脫離工作點(diǎn)運(yùn)行使效率降低。 ④電機(jī)脫離額定轉(zhuǎn)速的低速運(yùn)行，以及轉(zhuǎn)速、扭矩、功耗之間的非線性關(guān)系，也使電機(jī)的運(yùn)行效率大為降低。 ⑤變頻調(diào)速系統(tǒng)價(jià)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(jì)上還必需考慮變頻調(diào)速器運(yùn)行在某些特定轉(zhuǎn)速時(shí)的破壞性共振問(wèn)題，和變頻調(diào)速器產(chǎn)生強(qiáng)電磁污染對(duì)其它儀表的干擾等問(wèn)題。　　2 風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控器分析　　提出風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控管理的目的，是為了自動(dòng)檢測(cè)出振動(dòng)、油溫、油位的變化數(shù)值，并進(jìn)行顯示和記錄，同時(shí)對(duì)檢測(cè)值超限的風(fēng)機(jī)進(jìn)行報(bào)警和停機(jī)，以求達(dá)到風(fēng)機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的，減少甚至杜絕風(fēng)機(jī)損壞事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管理的實(shí)際情況，確定了“風(fēng)機(jī)振動(dòng)"、“滑油油溫"、“減速箱油位"3個(gè)參數(shù)是保證風(fēng)機(jī)安全zui重要的運(yùn)行參數(shù)[3]。又確定了“測(cè)量范圍"、“測(cè)量精度"、“巡檢時(shí)間"等共15項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研發(fā)制作。該系統(tǒng)于1993年9月在循環(huán)水場(chǎng)得到試用，命名為“KR-939風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控器"。　　該系統(tǒng)運(yùn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。三參數(shù)組合探頭安裝于風(fēng)機(jī)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(dòng)值直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并遠(yuǎn)傳至控制室內(nèi)的風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控器。每臺(tái)安全監(jiān)控器可以用一條四芯電纜掛接8只組合探頭，對(duì)8臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)完成數(shù)字顯示。超限報(bào)警、超限停機(jī)等多相功能。經(jīng)過(guò)了多次的試驗(yàn)和改型設(shè)計(jì)，目前已經(jīng)成功運(yùn)用于設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。　　3 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制分析　　上面介紹的兩種測(cè)控系統(tǒng)，可以通過(guò)一條四芯通訊電纜（RS-422標(biāo)準(zhǔn)串行接口）與1臺(tái)管理計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)可以是通用型PC機(jī)或工控機(jī)。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(tái)KR-933、KR-939監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后的風(fēng)機(jī)監(jiān)控器增加了如下功能：　?、偻瑫r(shí)監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有控制器的測(cè)量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合管理。　?、谛薷木W(wǎng)內(nèi)各控制器的設(shè)定參數(shù)。　?、鄹鶕?jù)各控制器運(yùn)行參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化管理。　?、苓M(jìn)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(jī)管理研究的效果分析　　4.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行節(jié)電效果明顯　　以安裝了KR-933的第二循環(huán)水場(chǎng)為例，使用KR-933節(jié)能控制器的節(jié)能效果。 zui初現(xiàn)場(chǎng)試用KR-933節(jié)能控制器的第三循環(huán)水場(chǎng)，在1993年風(fēng)機(jī)負(fù)荷較重的6，7，8，9這4個(gè)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(jì)算，這4個(gè)月共節(jié)約用電費(fèi)7.92萬(wàn)元；而第三循環(huán)水場(chǎng)安裝節(jié)能控制器的費(fèi)用只有4.36萬(wàn)元，可見(jiàn)投入的費(fèi)用只需設(shè)備運(yùn)行幾個(gè)月就能收回。　　4.2 保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，處于完好狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)，其油溫、油位、振動(dòng)曲線的特征如下：　　①油溫曲線：從開(kāi)、停機(jī)時(shí)刻起逐漸升、降，約1h左右變成一條近似直線的平滑曲線。　?、诓次磺€：無(wú)論是否開(kāi)機(jī)，都應(yīng)近似一條水平的直線。　?、壅駝?dòng)曲線：開(kāi)機(jī)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(jī)不適合應(yīng)用KR-933節(jié)能控制器　　對(duì)于大功率少機(jī)組風(fēng)機(jī)的循環(huán)水場(chǎng)，由于每開(kāi)停1臺(tái)風(fēng)機(jī)，都會(huì)對(duì)水溫產(chǎn)生很大的影響。因而，應(yīng)用KR-933風(fēng)機(jī)節(jié)能控制器無(wú)法正常穩(wěn)定控制水溫。如第六循環(huán)水場(chǎng)共有3臺(tái)直徑8.53m、功率160kW的風(fēng)機(jī)，假設(shè)安裝風(fēng)機(jī)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(shí)，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(dá)不到節(jié)能降耗的目的。這種情況下的風(fēng)機(jī)管理，比較適合采用自動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制管理。目前也正在進(jìn)行這方面的準(zhǔn)備工作。　　5.2 KR-939安全控制系統(tǒng)的油位測(cè)量技術(shù)還有待改進(jìn) 　　目前KR-939安全監(jiān)控器仍存在不足，其主要問(wèn)題是油位監(jiān)測(cè)，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(shí)，還需要進(jìn)行人工上塔巡檢實(shí)測(cè)。　　加強(qiáng)風(fēng)機(jī)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(jìn)。　

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