冷却塔的设计

23.5冷却塔的设计与计算23.5.1设计任务、范围与技术指标（1）工艺设计任务冷却塔的工艺设计，主要是热力计算。包括两类问题：第一类问题：在规定的冷却任务下，即已知冷却量Q，冷却前、后水温t1、t2和当地气象参数（τ，θ，φ，Ρ），选定淋水填料。通过热力、空气动力和水力计算，决定冷却塔尺寸，选定段数（个数），风机，配水系统和循环水泵等。水的冷却如果已经选定某一定型塔，则按照选定的冷却塔与当地气象参数，确定冷却曲线与特性曲线的交点（工作点），从而求得所需要的气水比（λD）。最后确定所需冷却塔的总面积，段数，校核或选定风机。第二类问题：已知标准塔的各项条件（如平面尺寸、竖向尺寸、淋水填料形式、尺寸规格、风筒高或风机型号等），在当地气象参数下（τ，θ，φ，Ρ），按照给定的气水比λ和水量Q，选定冷却塔总段数，再验算冷却塔的出水温度t2是否符合要求。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（2）设计范围冷却塔的工艺设计主要包括3部分：1）冷却塔类型的选择，包括塔形、淋水填料、其他装置和设备的选择。2）工艺计算：包括热力、空气动力和水力计算。3）冷却塔的平面、高程、管道布置和循环水泵站设计。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（3）技术指标1）热负荷（H）——冷却塔每平方米有效面积上单位面积所能散发的热量kJ/(m²•h)。2）水负荷（q）——冷却塔每平方米有效面积上单位面积所能冷却的水量（m³/(m²•h)），即淋水密度𝑞=𝑄𝐹m（m³/(m²•h)）水的冷却23.5冷却塔的设计与计算热负荷与水力负荷的关系如下：单位时间内冷却水所散发的热量为CwQ△t•10³(KJ/h)则单位面积所散发的热量为H=𝐶𝑤𝑄△𝑡•10³𝐹m=𝑄𝐹m•𝐶𝑤△𝑡•10³=q𝐶𝑤△𝑡•10³=4187△𝑡q(kJ/(m²•h))式中𝐶𝑤——水的比热；𝐶𝑤=4.187kJ/(kg·℃)显然，热负荷或水负荷越大，冷却的水量越多。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算3）冷幅宽（冷却温差）——冷却前后的水温差，△t=t1-t2。△t表示温降的绝对值大小，但不能表示冷却效果与外界气象条件的关系。△t很大，散热很多，并不能说明冷却后水温就很低，故应结合下列指标一起考虑。4）冷幅高（△t’）——冷却后水温t2与当地湿球温度τ之差。△t’=t2-τ。τ值是水冷却所能达到的最低水温，△t’越小，即t2越接近τ值，冷却效果越佳。5）冷却塔效率——冷却塔的完善程度，通常用效率系数（η）来衡量。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算η=t1−𝑡2𝑡1−𝜏=11+𝑡2−𝜏𝛥𝑡当𝛥𝑡一定时，η是冷幅高（△t’=t2-τ）的函数。△t’愈小，说明t2愈接近冷却极限τ值，则式中分母愈小，效率系数值η愈高。6）冷却后水温保证率冷幅高（t2—T）表示了冷却效果，因此，选取τ值就很重要。冷却塔通常按夏季的气象条件计算。如果采用最高的T值，则塔的尺寸很大，而高τ值在一年中只占很短时间，其余时间冷却塔并未充分发挥作用；反之，如采用最低τ值，塔体积虽然小了，但冷效经常不能满足要求。为此，需采用频率统计法选择适当τ值。即根据多年观测资料选取具有一定保证率的侮年最热的10天（或5天）的日平均τ值作为参数。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算23.5.2基础资料（1）包括冷却水量Qm³/h，进水温度t1℃,出水温度t2℃,工艺设备对水质要求。（2）气象参数：按湿球温度频率统计法，绘制频率曲线求出频率为5％~10%的日平均气象条件，查出设计频率下的湿球温度τ值，并在原始资料中找出与此湿球温度相对应的干球温度θ℃，相对温度φ大气压力P的日平均值。由此计算密度ρ.焓i及含湿量x等。（3）淋水填料性能试验资料：定型塔设计，淋水填料的热力特性N=f(λ)或βxv=f(g、q)，阻力特性△Pρ1g=f(v)。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算23.5.3设计步骤和方法首先根据设计地区气象资料，工艺要求，算的具有一定保证率下的τ，θ，φ，Ρ。其次，根据设计任务选定冷却塔塔型和淋水材料选择时可参考表：水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（1）热力计算热力计算的目的是在规定的冷却任务下，确定冷却塔所需总面积，即已知Q，t1，t2，P，τ和φ，求F（第一类问题）；或计算所设计的冷却塔在不同情况下，冷却后的实际水温，亦即已知Q，λ，P，τ,φ，f(单塔面积)和t1求t2（第二类问题）。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（2）空气动力计算进行冷却塔内空气动力计算的目的是为了选择适当的风机或验算选定的风机是否符合要求，或确定自然通风冷却塔的高度。空气动力计算包括：（1）根据所需风量计算全塔通风阻力，有经验公式法和同类型塔实测数据；（2）通风抽力计算，对机力塔是确定风机型号及叶片安装角度，对自然塔则为确定风筒高度水的冷却23.5冷却塔的设计与计算1)机械通风冷却塔（a）风速：拟定风速，应先知风量。当确定风机型号后，可在风机特性曲线高效区查得风量G；未确定风机型号时，可从工作点求得气水比λD，从而求得风量G。根据已知风量G（kg/h），按下式计算风速式中vi——空气通过冷却塔各部位时的流速，m/s；Fi——空气通过冷却塔各部位时的横截面积，m²；ρm——冷却塔内湿空气的平均密度，kg/m³。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（b）空气阻力空气阻力包括塔体阻力和淋水填料阻力两部分。塔体阻力包括由冷空气进口至热空气出口所经过的各个部位的局部阻力，其相应的阻力系数常采用试验数值或利用经验公式计算（见例题）。不同型式淋水填料的阻力△P/ρg，可由△P/ρg与v关系曲线查得（见图23-35）。塔体阻力为式中Hi——各部位的气流阻力损失，Pa；ξi——各部位的局部阻力系数；ρm——塔内湿空气平均密度，kg/m3.水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（c）通风机选择根据空气体积流量和总阻力值，选择风机型号，并从风机特性曲线上选定风机叶片的安装角度。风机配备的电机功率按下式计算式中Gp——将空气重量流量换算成的风量；m³/s；H——实际工作气压，Pa；η1——风机机械效率；η2——风机效率，由风机特性曲线上查出；B——电机安全系数，B=1.15～1.20.水的冷却23.5冷却塔的设计与计算2）风筒式自然通风冷却塔风筒式冷却塔进塔空气量是有空气的密度差而产生的抽力决定。进塔的空气密度比较大，而在塔内由于吸收了热量而密度变小，空气变轻，产生向上运动的力，使空气不断进入塔内。任何情况下，进入塔内的空气流动中所产生的阻力，在工作点由于密度差产生的抽力必须相等，才能使进塔流量保持不变。从而决定工作点的实际空气流速和塔筒的高度。抽力与阻力的计算式如下：水的冷却23.5冷却塔的设计与计算抽力：阻力：式中ρ1、ρ2——分别为塔外和填料上部的空气密度，kg/m3ρm——淋水塔中的平均空气密度,kg/m3vm——淋水填料中的平均风速,m/sHe——冷却塔通风筒有效高度，m,等于从淋水填料中部到塔顶的高度。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算如果塔形已定，可根据H=Z0确立塔内风速：进塔风量公式为：式中D——填料1/2高度处直径，m水的冷却23.5冷却塔的设计与计算如已知风速（vm一般0.6~1.2m/s）,即可求冷却塔高度He。风筒式冷却塔的总阻力系数ξ常按下式计算：式中H0——进风口高度，mD0——进风口直径，mFm——淋水填料面积，m2FT——风筒出口面积，m2ξp——淋水填料的阻力系数，有实验确定。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算（3）水力计算水力计算的目的主要是确定配水管渠尺寸，配水喷嘴个数、布置，计算全程阻力，并为选择循水供水水泵提供数据。1）管式配水系统固定管为压力配水，配水管中流速1～1.5m/s，系统总阻力损失不超过4.9kPa,喷嘴前水压为69kPa左右。喷嘴之间距离通常为0.85～1.10m。旋转管式配水系统的计算可参阅有关手册。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算2）槽式配水系统计算方法与明渠相同。主槽流速0.8～1.2m/s，工作槽流速0.5～0.8m/s；槽内正常水位大于150mm，工作槽净宽不小于120mm，高度不大于350mm。管嘴直径不小于15mm，管嘴间距在小塔0.5～0.7m，大塔0.8～1.0m。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算3）池式配水系统主要是确定配水孔孔径和孔的数目，配水孔开孔数n为式中Q——总配水量，m³/h；ω0——孔口面积，m²；μ——流量系数，μ=0.67；h——配水池中水深。孔口或喷嘴流量为q=μω02gh（m³/s）。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算4）流量损失流量损失是指循环水从进入冷却塔到排出冷却塔的过程中因蒸发，风吹、渗漏和排污造成的水量损失。冷却塔的蒸发损失水量占进入冷却塔循环水量的百分数按下式计算式中Pe——蒸发损失率，%；△t——冷却塔进水与出水温差，℃；水的冷却23.5冷却塔的设计与计算K——系数，1/℃。由表23-9查得。风吹损失率见表23-10.排污损失水量应根据对循环水水质的要求计算确定，见第24章有关计算。水的冷却23.5冷却塔的设计与计算