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冷却水系统之(一)凉水塔

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发表于 昨天 03:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、冷却塔的定义和工作原理
冷却塔也叫凉水塔(cooling tower),它是一种特殊类型的热交换器,它可使热水和空气(或别的媒介)相互接触以降低水的温度。在冷却塔工作过程中,少量的水蒸发,从而降低了整个冷却塔中循环的水温。简而言之,冷却塔其目的是冷却那些被工业设备和工艺加热的水。
有很多刚入门的可能会问,气温都36、37℃,为什么可以将冷却水降低至30℃呢?这个问题不仅新手会问,包括很多在工厂里面的老司机都会想当然觉得是不可思议的事情。谈到这个,我们得厘清干球温度(Dry-Bulb Temperature)和湿球温度(Wet-Bulb Temperature):
干球温度就是我们常口头说的温度,而湿球温度由于水的蒸发,温度一般都会低于干球温度,只有在相对湿度为100%时,这俩温度值才相同。就是说,湿球温度和干球温度的差值为0时,相对湿度为100%,如下图:
所以,厂家在设计凉水塔的时候,理论上尽可能接近时下的湿球温度,以获取更高的效率,但设计和实际总会有差距。
二、冷却塔的分类
凉水塔的分类,根据角度不同,也有好几种类别。如根据空气和水横穿路径,可以分为穿流和逆流冷却塔;根据热水是否直接接触空气,可以分为湿式冷却塔干式冷却塔;根据热水是否接触外界,分为开式冷却塔和闭式冷却塔;根据外形,可以分为方形塔、圆形塔等等。我们这里先从传统的分类说起,而后再看看现今较新颖的形式。1、自然通风凉水塔(或者风扇辅助通风)
这种凉水塔是我们在很多大型电厂看到的,其一般都是自然通风为多。它的建造成本高,投资大,但,胜在基本无动力,运行费用低廉。有些采用了少许改良,使用风扇辅助通风,但,依然可以算作自然通风凉水塔。
2、机械通风凉水塔
这种凉水塔,是我们日常看得最多的一种。我们日常的暖通空调(HVAC)采用最多,医院、办公写字楼等等,都喜闻乐见了。反倒是前面的自然通风的大家伙,会给人以误解,雾霾乱排乱放的感觉。
实际上,上图这种,属于引风形式的凉水塔,其原理动图如下图。两个有点不一样吧,只不过上图是圆形塔,下面是方形塔而已。
还有一种是属于鼓风形式的凉水塔,其原理动图如下:
三、冷却塔的选用
下图是某著名品牌的某一凉水塔参数。可见,在对冷却塔的选用之前,一般需要确定一些参数,以便做基础的选型数据。
1、确定热负荷
这个在工程计算中,好办得很,熟悉老沙弥的,可以在老沙弥的计算app和文章中找到计算的办法,大概方法如下:
2、进出水温度变化范围
从上上图的某产品型号看出,其进水温度高达70℃。但从常规的简单暴力的冷却水系统设计而言,较高的冷却水回流温度虽然可降低冷却水消耗。但较高的温度(高于48℃)会导致钙以高速率从水中沉淀出来,导致结垢等问题。所以,需要评估后,合理的控制进出水的温度范围:
3、当地的湿球温度
这个一般凉水塔厂家都具备这类数据,当然,不具备的也有。下图是随便查的湿球温度表,参阅下或者留意下常规条件下温湿度情况,有助于判断选型是否正确。
四、其他一些凉水塔的介绍
1、开式和闭式凉水塔
闭式凉水塔很明显具有补水少甚至无需补水,对使用点管道和设备可以减少维护等优点,但很明显,投入也会高很多。
2、干式凉水塔
干式凉水塔实际上是相对湿式凉水塔而言的,准确的来说,湿式凉水塔为有水参与挥发的都算作湿式,而干式,更像是一台空气换热器。
一、水质问题及解决办法
循环冷却水中,大致有以下三个问题,可见的生物污垢和结垢,又大概可以看作是结垢的形式。
一旦形成结垢,经年累月,就会出现以下问题:
解决结垢的问题,每个公司可以根据自己的实际情况,参考指定控制水质的标准,便于长时间的循环水稳定连续供应。以下为某个公司的循环水控制指标,参考一下:
但,毕竟,只有一些大型的公司才有资源去控制这些指标,比如投放阻垢剂,缓蚀剂杀生剂等措施,很多中小型公司,根本没人去理会这些东西。所以,建议这些中小型公司的设备工程狗们大修前或者定期对循环水进行清淤或者对换热器表面进行清洗,这就很不错了。看看老史下面评论的反馈:
二、冷却水系统能源优化设计
水质问题算是可以回答了老沙弥水垢的疑虑,那么,这部分算是包含了冷却水管路系统优化设计的问题啦。
1、节能设计第1阶段
如上图,要冷却水系统节能,最开始应该做的就是最小化能源需求,然后是减少冷却降温过程热量的增加(比如未进行良好的隔热保温等),并且适当提高冷却水温度。这些步骤,都是可以降低能耗的办法。下图是某公司的冷却水管道两边的热成像图。
2、节能设计第2阶段
节能降耗的这个阶段,一个是降低冷却成本,这个前面也大体介绍了冷却塔,确实,良好的冷却塔选型,有助于节能降耗。另外一个是,减少分布系统的浪费。这里说说分布系统的优化设计。
A、使用控制阀,避免冷却水短路
由于每个末端的压降的不一致,作为供水系统而言,不仅进水需要调节控制,末端使用点更要调节控制,确保冷却水不走短路,从而造成能源浪费。
B、适当优化冷却水管路施工,避免新增过大阻力
以排出换热器回至冷却塔的管路为例,如果多点使用,肯定会使用到三通合流。(找不到合适的冷却水图啦)参考下有些蒸汽的疏水,为了避免较大的反作用力,采用了斜T型的三通,因势利导。
有些地方,是有必要考究这些压力降的。某航空液压系统做的3个合流的型式的压力降看来,T型三通,压降为0.08MPa,Y型三通,压降为0.05MPa,弧形三通,压降为0.03MPa。


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