某厂新上冷却塔的选型的探讨.docx
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某厂新上冷却塔的选型的探讨
关于某企业冷却塔选型的探讨
摘要:
鉴于某企业现有冷却塔的冷却效果不太理想,为保证在高温期间循环水冷却效果达到生产要求,应再增加一台冷却塔。
本文从通风方式、冷却效率、选材等几个角度,分析了各种类型冷却塔的优缺点,并对冷却塔日常维护提出了一些建议,希望对今后冷却塔的日常运行、维护提供参考。
关键词:
循环水;冷却塔;分类;选型;维护
一、运行现状
某企业现有的冷却塔是建厂初期投入使用的,冷却塔共分两组,每组四台,单台处理能力为500t/h,共4000t/h。
冷却塔已运行了十年,因原冷却塔结构、原材料等原因,以及该厂朝开晚停的特殊运行方式的影响,现有的冷却塔处理能力已大为减弱,从冷却效果来看已不太理想。
眼看盛夏将至,如依然采用现有的冷却塔进行冷却水处理,将很难保证其冷却效果,为保证在高温期间循环水冷却效果达到生产要求,应再增加一台冷却塔。
二、水的冷却原理
水向空气散热有三种形式:
(1)接触散热;
(2)蒸发散热;(3)辐射散热。
冷却塔主要靠前两种方式散热,辐射散热很小,可以忽略不计。
1、接触传热
两种不同温度的物体相接触可以传递热量,不同温度的水与空气相接触,也有热量传递。
通过单位接触面积每秒传递的热量可以用下式来计算:
hα=α(t-θ)[KJ/(m2·s)]
式中α——传热系数[KW/(m2·℃)];
t——水温(℃);
θ——空气温度(℃)。
由上式可以看出,接触传热的推动力是温度差,只要两物体有温度差存在,就有接触传热,直到两物体温度相等为止。
接触传热的热量可以由水传给空气,也可以由空气传给水,当水温高于空气温度时,热量由水传给空气,水被冷却;当水温低于空气温度时,空气将热量传给水,水被加热。
2、蒸发散热
蒸发散热的原理可以用气体动力学理论来解释。
水是由大量水分子组成的,分子在不停地作无规则的运动,各分子运动的速度不同,各分子具有的能量大小也不同,由于分子在不停地作无规则的运动,相互之间发生碰撞,结果使一些分子的能量减小,而另一些分子的能量增大,当个别能量大的分子克服液面分子对它的吸引力时,它便会进入空气中,成为水蒸气分子,而余下的分子的平均动能降低,也就是水的温度降低了,这就是蒸发降温的原理。
3、冷却水散热的几种状况
设水温为t,空气的干球温度为θ,湿球温度为τ,单位面积、单位时间的接触散热量为qα,蒸发散热量为qβ。
可分为下图所示的三种传热情况:
(1)t>θ,水温大于气温。
两种热量都由水面散向空气,
q=qα+qβ,水温降低,水产生蒸发损失。
(2)t=θ,水温和气温相等。
接触散热停止,蒸发散热照常进行,q=qβ,水温降低,水产生蒸发损失。
(3)τ
①t>θ②t=θ③τ qαqβqα=0qβqαqβ q=qα+qβq=qβq=qβ-qα 图1水面散热过程 该厂冷却塔散热方式主要为第 (1)种,但在夏天,第 (2)、(3)种情况也有可能发生,因此换热量较小,导致冷却效果下降。 三、冷却塔的选型 1、冷却塔的组成结构 冷却塔主要由风筒、风机、收水器、塔体、配水装置、填料、百叶窗、集水池等部分组成。 2、冷却塔的作用 冷却塔的作用是将携带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换,使废热传输给空气并散入大气中。 3、冷却塔的分类 按通风方式分有: ①自然通风冷却塔;②机械通风冷却塔;③混合通风冷却塔。 按热水和空气的接触方式分有: ①湿式冷却塔;②干式冷却塔;③干湿式冷却塔。 按热水和空气的流动方向分有: ①逆流式冷却塔;②横流式冷却塔;③混流式冷却塔。 4、冷却塔的选型 (1)从按热水和空气的接触方式分类的角度来看,干式冷却塔中空气与水的热交换,是通过由金属管组成的散热器表面传热,将管内水的热量传输给散热器外的空气,所以干塔的热交换效率比湿塔低。 这种塔主要用在缺水地区,在补充水困难的情况下,才采用干式冷却塔,故一般情况下都选用湿式冷却塔。 (2)从按热水和空气的流动方向分类的角度来看,就冷却效果而言,逆流式效率最高,顺流式最差,横流式居中。 由于横流冷却方式换热效率比逆流式差,所以需要的填料体积比逆流式大,且逆流式冷却塔可准确地控制冷却水的温度,占地面积较小,并可达到较大的温差,故而在国内外被广泛采用。 (3)从按通风方式分类的角度来看,自然通风式冷却塔因自身条件限制,其塔高一般都在百米以上,体积庞大,故而造价很高,其中典型的是自然通风逆流湿式冷却塔——也就是通常讲的“双曲线”塔,这种塔有很多优点,比如,其冷却效果好,运行成本低,且回流和水雾污染很少发生,这种塔在电力行业发展很快,但由于其造价高、占地面积大等因素的制约,在其他行业尚未被广泛采用。 (4)机械通风逆流湿式冷却塔分为鼓风式和抽风式两种,鼓风式冷却塔从塔底部进风口用风机向塔内鼓风,目前,这种塔在国内外使用不多,将逐渐被淘汰。 (5)从冷却塔基础构架的角度看,通常使用的玻璃钢冷却塔存在易腐蚀等缺点,通过对南化磷肥厂等单位的调研,认为水泥框架冷却塔能克服上述缺点,比较有利。 (6)各种类型冷却塔优缺点比较 分类方式 类型 优点 缺点 按通风方式分 自然通风 运行费用低、效果好 体积庞大、造价高 机械通风 体积小、造价低 运行费用高 按热水和空气的接触方式分 干式 不需补水 热交换效率低 湿式 热交换效率高 水损失大、需补水 按热水和空气的流动方向分 横流式 通风阻力较小 效率低、填料体积大 逆流式 冷却效果好、填料体积较小 通风阻力较大 按原材料分 玻璃钢 造价低 易腐蚀 水泥框架 不易腐蚀 造价略高 (7)综上所述,新上的冷却塔应选用1000t/h、水泥框架结构、抽风式、机械通风逆流湿式冷却塔。 四、机械通风逆流湿式冷却塔简介 1、工作过程 热水通过上水管进入冷却塔,通过管式配水系统,使热水沿塔平面成网状均匀分布,然后通过喷嘴,将热水洒到填料上,穿过填料,成雨状通过空气分配区(雨区),落入塔底水池,变成冷却后的水等待重复使用;空气从进风口进入塔内,穿过填料下的雨区,与热水成相反方向(逆流)穿过填料,通过收水器,经抽风机从风筒排出。 2、冷却原理 热水通过管式配水系统洒到填料上,穿过填料,成雨状下落,同时,空气进入塔内向上流动,与热水逆流接触,热水通过接触散热和蒸发散热两种方式向空气散热,以此达到冷却的目的。 五、冷却效果比较 根据该厂运行规程的规定,循环冷却水温应为27℃,最高不应超过30℃,否则难以维持设备正常运行。 根据该厂近年的运行记录,在气温最高的八月,当被冷却设备满负荷运行时,在冷却塔风机全开的情况下,循环水温仍然偏高,甚至于达到39℃,这直接导致被冷却设备冷却效果不佳,影响生产。 近年运行记录如下: 被冷却设备 2006年8月 2007年8月 循环水 循环水 进口温 出口温 进口温 出口温 1#线 34.2 40.5 32.4 39.8 2#线 32.4 38.7 32.5 38.3 为了保证被冷却设备的冷却效果,必须降低冷却水温,也就是降低冷却塔出口温度,即提高冷却塔效率。 但该厂现有的两组冷却塔因为年久失修导致自身效率不高等原因,显然无法满足要求,必须加设一台冷却塔才能改善这种情况。 目前该厂循环水系统中循环水量为2000t左右,如果加设一台1000t/h的冷却塔,则可以使循环水系统获得更理想的水温。 根据厂家的设计,在最差工况下,新塔设计出水温度可在27℃以下,故在新塔投入运行后,循环水温可明显降低,足以保证被冷却设备的冷却效果,使之安全运行,且在相同的水温要求下,投用新塔可少开冷却塔风机,从而减少耗电量,降低全年运行费用。 六、冷却塔的维护 冷却塔的日常维护工作极为重要,它对设备经济性、安全性和延长使用寿命有着直接影响。 冷却塔维护工作的内容有: (1)定期清洗配水管内的青苔、泥垢和杂物,至少每年春、秋季各清扫一次,经常检查和消除配水管的泄漏、断裂、破损等缺陷。 (2)经常、定期检查和校正喷溅装置,使喷嘴喷出的水能垂直地对准溅水碟中心,对中率至少达90%以上,喷嘴和溅水碟如有堵塞或损坏,应及时清理或更换。 (3)淋水填料必须保持完整良好,淋水板及其支承梁局部破损、塌落时应予以及时修补、配齐或更新。 (4)保持循环水沟滤网的完整、清洁,污脏堵塞时要及时清理,锈蚀损坏时要及时修理更新。 (5)每年要检查一次集水池底部脏污情况,淤泥杂物积存厚度超过20厘米时,即应安排彻底清理。 (6)每年夏季之前,冷却塔维护还需进行以下两方面工作: 1)清理工作: 把冷却塔内水沟、水槽、水池、淋水填料、喷嘴等的污物、泥沙打扫清理干净,保证流水、空气畅通无阻。 2)修复和补充工作: 淋水填料、喷溅装置、配水管道、旋转设备、润滑油系统等有损坏和遗缺时都应给予修复和补充,以保证夏季能安全运行。 参考文献 [1]《冷却塔运行与试验》史佑吉水利电力出版社1990 [2]《冷却塔》赵振国中国水利水电出版社1997 [3]《冷却塔》李德兴上海科学出版社1981 [4]《冷却塔试验方法》王大哲选自《热力发电》1979 [5]《冷却塔塑料淋水填料的特性及应用》史佑吉选自《电力技术》1986年第9期 [6]《实用流体阻力手册》华饴曾国防工业出版社1985 [7]《工业冷却水处理技术》徐寿昌化学工业出版社1984 [8]《冷却塔及其流体力学问题》赵振国选自《力学与实践》1990年第2期
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