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技術(shù)文章

冷卻塔的原理

閱讀:1040發(fā)布時(shí)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(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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