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中部進風逆流閉式玻璃鋼冷卻塔的設計與分析

作者:玻璃鋼格柵 來源:www.cnvubc.icu 發表時間:2011-12-13 瀏覽:次  百度一下
現有的逆流閉式冷卻塔一般采用從塔體的下部進風方式, 存在流通面積小、流動阻力大的缺點。本文提出一種從中部進風、上下分流的閉式冷卻塔的塔型設計, 流通面積是普通塔的倍, 可提高風量, 增強冷卻塔的冷卻效果。與上下進風逆流閉式冷卻塔相比, 避免了由于上部進風容易造成濕熱空氣回流的缺點。這種新型冷卻塔具有良好的應用前景。
關健詞:閉式冷卻塔 中部進風 空氣回流

冷卻塔根據被冷卻水在塔內是否與空氣接觸, 可以分為開式與閉式。開式冷卻塔中, 循環水和空氣與塔部件相接觸會帶來一系列問題水質易受污染, 滋生軍團菌, 設備腐蝕結垢等。閉式冷卻塔主要依靠管外噴淋水的蒸發帶走熱量, 其冷卻流體環路封閉, 不受環境污染的影響, 降低了系統結垢的可能性, 有利于系統的高效運行。隨著空調系統對節能性要求的提高, 閉式冷卻塔這種主要依靠自然冷源來提供冷量的設備也可以作為供冷設備使用, 比如在秋冬季節為全年需要制冷的場所供冷。另外, 閉式冷卻塔在電力、冶金、化工和建筑空調領域, 都有著廣泛的應用。隨著閉式冷卻塔的應用方面越來越多, 其研究也日益受到重視。

冷卻塔按噴淋水與空氣的流向又可分為橫流塔和逆流塔。逆流塔中, 噴淋水與空氣逆向流動,其傳熱傳質溫差或燴差比橫流塔的大, 有利于傳熱閉。橫流塔的空氣流通面積比普通逆流塔的大空氣流量比逆流塔的大, 有助于換熱。逆流閉式冷卻塔與逆流開式冷卻塔塔型相似, 由于盤管數量增加, 逆流塔的阻力也相應增加, 空氣流量進一步降低。在目前已有的相似于逆流開式冷卻塔的閉式冷卻塔中, 填料與管束無論是交錯布置還是分開布置, 大多數還是存在上述的空氣流通面積小和流動阻力大的缺點。為了克服這些缺點, 一些廠家設計從塔的上部或下部進風, 分別流過管束和填料。此舉的確有利于形成較大的空氣流通面積, 但這種塔的填料部分是橫流形式, 比逆流形式的傳熱效果差, 而且容易從上部進風口吸人冷卻塔排放的熱空氣, 不利于換熱。也有研究人員設計從上下部進風的逆流閉式塔, 填料部分也為逆流形式叫, 盡管這改善了傳熱,但從上部進風的缺陷依然存在。為此, 筆者提出一個行之有效的改進方案, 即從中部進風的閉式冷卻塔。此塔的主要設計思路是, 從塔的中部進風, 空氣分股向上流經填料區, 與噴淋水逆向流動并進行熱質交換向下則流經管束區, 與噴淋水同向流動并進行熱質交換, 同時空氣和噴淋水均橫掠管束, 與管內流體呈叉流,但與管內流體總的流向呈逆流。以上種流體流向的布置在傳熱傳質機制上更趨合理, 并已獲專利。

新塔型結構以及與其他塔型的比較

在閉式冷卻塔內進行個傳熱傳質過程被冷卻水的冷卻過程和空氣的增溫增濕過程。被冷卻水的降溫是由于其與噴淋水的換熱。如果不考慮循環使用的噴淋水蒸發被空氣帶走的水分, 且因為噴淋水對于換熱段的進口水溫等于出口水溫,就可以將噴淋水視為傳熱過程的增強媒介, 在整個冷卻過程中起著重要的作用。下面筆者將對“ 無填料逆流閉式冷卻塔” 、“ 普通帶填料逆流閉式冷卻塔”和“ 新型中部進風閉式冷卻塔”這種塔型的結構進行比較。根據傳熱原理, 對比各塔型的優缺點,定性論證“ 新型中部進風閉式冷卻塔” 的優越性。

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塔型一無填料逆流閉式冷卻塔無填料逆流閉式冷卻塔的結構如圖所示被冷卻水上進下出。圖為該塔的流體溫度變化曲線圖。

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從圖可以看到, 整個換熱過程溫差或燴差不均勻, 特別是塔體下半部分噴淋水與被冷卻水之間的溫差太小, 影響了傳熱。改進的方法通常是在塔的底部放置填料, 如塔型二。

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塔型二普通帶填料逆流閉式冷卻塔普通帶填料逆流閉式冷卻塔的結構如圖所示, 與塔型一的區別在于塔的下部放置了填料。另外, 被冷卻水是下進上出, 與噴淋水形成逆流,有利于換熱。從塔型一的溫度分布圖可以看出,在塔型一的下部, 噴淋水溫度出現了下降。這說明下部部分換熱管的功能與開塔填料的功能使噴淋水降溫相同, 而其效率低于填料的效果, 管子成本又高于填料成本。因此, 在管束下部放置填料, 實現使噴淋水降溫的功能, 既節省成本, 又提高效率。圖為普通帶填料逆流閉式冷卻塔的流體溫度變化曲線。

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從圖可以看出, 被冷卻水與噴淋水之間的溫差在換熱過程中比較均勻, 平均換熱溫差高于塔型一。另外, 噴淋水在管束區中的溫度變化基本上是上升的, 管束區承擔填料的功能弱化。雖然空氣經過填料區被增溫增濕, 其在管束區的蒸發冷卻能力有所減弱, 但下部填料區使噴淋水降溫, 提高了管束區的噴淋水與被冷卻水間的傳熱溫差, 從而總體提高了管束區的冷卻效果。但是如前所述, 該塔型空氣的流通面積小, 流動阻力大, 因而空氣流通量小, 傳熱效率的提高受限。另外, 管束區噴淋水與空氣之間的溫差或焙差不均勻, 也影響了傳熱效率。為此, 筆者提出了下面的塔型改進方案。

塔型三新型中部進風逆流閉式冷卻塔

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筆者所提出的新型中部進風逆流閉式冷卻塔結構如圖所示。塔型三和普通逆流閉式冷卻塔的最大不同是, 在冷卻塔的個側面中部分別開有進風口, 每個進風口又被中間水盤分隔為上下部分。從中部進人的空氣分股向上流經填料區,與噴淋水逆向流動并進行熱質交換后從塔頂排出向下則流經管束區, 與噴淋水同向流動并進行熱質交換, 同時空氣和噴淋水均橫掠管束, 與管內流體呈叉流, 但與管內流體總的流向呈逆流。向下的空氣到塔底部后, 又從另個側面與塊通道隔板構成個排風通道向上從塔頂排出。圖為該塔的流體溫度變化曲線圖。

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與圖相比, 管束區噴淋水與空氣之間的溫差或恰差在換熱過程中更均勻。更為重要的是該塔型的空氣流通面積是“ 塔型一”或“ 塔型二”的倍, 流動阻力則為。這種結構的風量和風阻, 更適合于大流量、低全壓特點的冷卻塔軸流風機。風量增大后, 空氣的增溫增濕減緩, 空氣與噴淋水之間的傳熱傳質驅動力增大, 能夠非常有效地改善換熱效果。管束區空氣與噴淋水的同向流動, 能夠使噴淋水很好地覆蓋在盤管上, 保持盤管表面完全濕潤, 并且可以有效減少因空氣與噴淋水逆向流動在管表面形成干點而產生結垢的可能性。

值得一提的是, 李輝等提出的上下進風逆流閉式冷卻塔, 同樣具有“ 塔型三” 的傳熱機制和結構方面的優點, 但上部進風口離出風口太近, 易造成濕熱空氣回流。另外, 該塔型管束在上部, 填料在下部, 而筆者所提出的“ 塔型三” 管束在下, 填料在上, 重心降低, 有利于塔體穩定, 也有利于安裝與檢修。

結論

筆者提出了一種在傳熱傳質機制上更加合理的新型中部進風閉式冷卻塔。該塔能夠很好地解決普通逆流閉塔空氣流通面積小、風阻大的缺點。該新型冷卻塔中的換熱部分—填料區和盤管區分別形成空氣與噴淋水、噴淋水與被冷卻水的逆向流動, 可以增大噴淋水和被冷卻水之間、空氣和噴淋水之間的傳熱傳質的平均溫差或燴差, 增強換熱效果。與上下進風逆流閉式冷卻塔相比較, 新型冷卻塔可以減弱出口濕熱空氣回流的不利影響。該冷卻塔中的盤管位于底部, 便于安裝與檢修, 并使塔體重心下降, 更穩定。
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