第九章循环水的冷却

1第九章水的冷却2主要内容第一节冷却构筑物第二节冷却塔工艺构造第三节水冷却理论基础第四节冷却塔热力计算3第一节冷却构筑物一、冷却构筑物分类„水面冷却池；喷水冷却池；冷却塔；4冷却塔5二、湿式冷却塔（水与空气接触）⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧薄膜式点滴式、薄膜式、点滴塔式加鼓风式混合通风抽风式薄膜式点滴式、薄膜式、点滴鼓风式机械通风薄膜式点滴式、薄膜式、点滴风筒式喷水式、点滴式开放式自然通风冷却塔::::::无填料和风机：喷流式冷却塔点滴式、薄膜式、点滴薄膜式„在水塔内热水由上而下喷散成水滴、水膜，空气由下而上或水平方向在水塔内流动。水与空气进行热交换。6¾配水系统¾淋水填料¾通风及空气分配装置¾其它装置第二节冷却塔工艺构造27一、配水系统„在一定的水量变化范围内，将热水均匀分配到淋水填料上且形成细微水滴；水流阻力和通风阻力小，便于维修。⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧类。匀，维护方便，易生藻适合：模流式，配水均，池底开小孔或管嘴。配水管槽落入配水池中池式配水系统。，配水槽增加气流阻力适合：水质差、余压小水碟。配水总支槽、管嘴、溅槽式配水系统钢逆流塔旋转布水器：小型玻璃环状树枝状中型固定管式配水系统：大管式配水系统分类第二节冷却塔工艺构造8抽风式逆流冷却塔构造„配水系统„风机„淋水填料„风筒„挡风板„除水器„集水池„化冰管„进风口„进水管910第二节冷却塔工艺构造„将配水系统溅落的水滴，经多次散成细小水滴或水膜；增大水和空气接触面积，延长接触时间，从而保证气和水的良好交换作用。二、淋水填料„较高冷却能力（接触面较大、接触时间较长）；„亲水性强，易被水湿润和附着；„通风阻力小；„材料易得，价廉，施工维修方便；„质轻、耐久。„分为点滴式、薄膜式、点滴薄膜式（水被淋洒成的冷却表面形式）。11填料比较„点滴式：水在填料上溅落过程中形成的小水滴散热„水滴散热：65～70%（大水滴10%）„水膜散热：25～30%„薄膜式：冷空气与水膜接触散热„表面水膜散热：(厚约0.25～0.5mm)70%„水滴散热：30%12填料比较„点滴式淋水填料„矩形网水泥板条、塑料十字形„塑料M型、T型、L型石棉水泥角型、水泥弧形板„薄膜式淋水填料„斜交错（斜波）淋水填料：硬聚氯乙烯（PVC）„梯形斜波淋水填料„塑料折波及斜梯波淋水填料„点滴薄膜式淋水填料„水泥格网淋水填料„蜂窝淋水填料：纸质，塑料，玻璃钢313第二节冷却塔工艺构造„风机：„轴流风机：风量大，风压小，能正反转；一般由叶轮、传动装置和电机三部分组成；„通风筒：„包括进风收缩段、风筒进风口和上部扩散筒；„风筒进风口宜做成流线型的喇叭口，以防止涡流；„空气分配装置：包括进风口和导风装置；„进风口：填料下，水池上的空间；„进风口要和夏季主导风向平行的朝向。三、通风及空气分配装置14第二节冷却塔工艺构造„除水器：„随气流带出的雾状水滴，通常用除水器回收，减少水量损失；„要求：效率高，通风阻力小，经济耐用，安装方便；„弧形除水器：水滴利用惯性撞击到除水器弧形板上被分离回收；„集水池：储存和调节水量„塔体：„封闭和围护作用。„钢筋混凝土结构；混凝土砌块；玻璃钢；四、其它装置15大、中、小型冷却塔界限„小型：小于1000立方米/小时；„玻璃钢小型系列产品；„中型：1000---3000立方米/小时；„混凝土机械抽风式；„大型：大于3000立方米/小时；„双曲线自然通风塔。机械通风冷却塔工艺设计规范16第三节水冷却理论基础一、湿空气的性质二、焓湿图三、水冷却理论极限17第三节水冷却理论基础一、湿空气的性质1、湿空气的压力：„干空气和水蒸气压力之和。„P=Pg+Pq(Kpa)(气体分压定律)=ρgRgT×10-3+ρqRqT×10-3„气体常数：Rg=287.14J/kg﹒KRq=461.53J/kg﹒K„ρg﹑ρq干空气与水蒸气密度，kg/m3；18一、湿空气的性质2、饱和蒸气压力„Pq″：某温度下，空气吸湿能力达到最大，水蒸气处于饱和状态，称为饱和空气。水蒸气分压称饱和蒸气压力Pq″。„Pq″与空气温度有关，与大气压力无关；„空气温度越高，蒸发越快，Pq″越大；„随着温度升高变化，饱和的空气可变为不饱和；„不饱和蒸气，温度下降时，又可趋于饱和。419一、湿空气的性质3、湿度„绝对湿度（ρg）：每m3湿空气中所含水蒸气重量；)/(1053.46110333mkgTPTRPqqqq==ρ)/(1053.4611033''3''''mkgTPTRPqqqq==ρ20一、湿空气的性质3、湿度„相对湿度（ρg）：空气绝对湿度和同温度下饱和空气的绝对湿度之比；湿空气接近饱和的程度。''''''''))(000662.0(θτθρρϕτPPPPPqqqq−−===21一、湿空气的性质4、含湿量9含1kg干空气的湿空气混合气体中所含水蒸气重量x（kg），亦称比湿。单位：公斤/公斤（干空气）；„饱和含湿量：每公斤干空气最大可容纳的水蒸气量。qqqqgqPPPPPPx''''622.0622.0ϕϕρρ−=−==)/(622.0''''qqPPPx−=PxxPPxxPqq622.0622.0+=+=22一、湿空气的性质5、湿空气密度„1m3湿空气所含干空气与水蒸气在其各自分压下的密度之和；随大气压力的降低和温度的升高而减小；„ρ=ρg＋ρq6、湿空气比热Csh:„包括1kg干空气和xkg水蒸气的湿空气温度上升10C所需热量。Csh=1×Cg+Cqx(103J/kg﹒0C)=1.005+1.842x(kJ/kg﹒0C)Csh≈1.05(kJ/kg﹒0C)23一、湿空气的性质7、湿空气焓（i）„1kg干空气和xkg水蒸气含热量之和。„i=ig+xiq(kJ/kg)„ig=Cgθ=1.005θ(kJ/kg)„xiq=x(2500+1.842θ)„包含水的汽化热和从零度上升θ度需要的热量；„i=(1.005+1.842x)θ+2500x=Cshθ（显热）+r0x（潜热）24一、湿空气的性质8、湿空气焓湿图„只要P一定其余参数只要固定两个就可以确定其它两个的数值。),,,(005.1)14.11555(005.1)84.12500(622.0005.1PPfiPPPCPPPPPPiqqqqqqqϕθϕϕθϕϕθθϕϕθθ=−+=−++=−++=„图23-27可以查空气含热量。525二焓湿图计算湿空气含热量方法26一、湿空气的性质9、湿球温度与水的冷却理论极限„冷却极限温度：当水温降到τ值时，蒸发散热量与空气向水的传导散热相等时，水温τ便不变动，此时Hα=Hβ，这时的水温就是冷却极限温度。„湿球温度：湿球温度计上指示的温度，就是冷却极限温度；„代表当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度；也就是冷却构筑物出水温度的理论极限值27二、水冷却原理„接触传热(Hα)：由于水和空气温度不一样，温度差tf-θ是其推动力，传热方向取决于温度高低。1、主要传热过程„不同季节接触传热与蒸发传热效果不同：„冬季Hα=50%---70%；„夏季Hβ=80%---90%。„蒸发传热(Hβ):Pq″Pq，存在由水向空气的蒸发散热，与水温气温无关。28图示不同温度下的蒸发和传导传热(3)(4)(2)(1)Pq,θ，Pq,tf,tHαtfθtf=θHβHβH=HβH=Hα+Hβtf=τθtfθHβHβH=Hβ-Hα29二、水冷却原理„α：传热系数；m代表平均值；„αV：容积散热系数；塔体积；2、传热量计算VtVtVFFtHmfVmfmf)()()(θαθαθαα−=−=−=VVxxVPPVFVxxVFFxxHmxVmqqPmxmx)()()()(−=−=−=−=γββγβγγβββx：含湿量传质系数βPV、βxV：容积传质系数βP：压力传质系数γ：汽化热30二、水冷却原理2、传热量计算VtVtVFFtHmfVmfmf)()()(θαθαθαα−=−=−=VxxVPPVFVxxVFFxxHmxVmqqPmxmx)()()()(−=−=−=−=γββγβγγββdVxxdVtdHdHdHxVfV)()(−+−=+=γβθαβα总传热量微分计算公式：631第四节冷却塔热力计算32一、麦克尔焓差方程„说明：冷却塔内任何部位产生的总传热量正比于塔内该点水温下的饱和空气焓i″与塔内该点的空气焓i之差。„i″-i是其推动力。)/(05.1CkgkJCshxVVx°⋅===βαβα设00xtCixCifshshγγθ+=+=，)/()()]()[()]()([hkJdViidVxCxtCdVxxtdHxVshfshxVfxVVxV−=+−+=−+−=βγθγβγθβαβ刘易斯数33二、逆流冷却塔热力计算(I)（dZ微段分析）„水散热dHs„水：t1→t2，流量Q（L）(kg/h）„空气：θ1φ1x1P1→θ2φ2x2P2；流量G(kg/h）tdQCdtQCCdttdQQtCQdHWZWWZWZs+=−−−=]))([(QQZ≈CwtdQuCwQdtdHs+=34二、逆流冷却塔热力计算(II)（dZ微段分析）„空气吸热量：sKdHGdidH==CwQdtKGdiCwtdQuCwQdtCwtdQuCwQdtGdi11=−=+=)20(56.0586122CttK°−−−=35二、逆流冷却塔热力计算(III)（dZ微段分析）„dHK与淋水装置水层散热相等dViiCwQdtKxV)(1−=β)(iiKCwdtQdVxV−=βiidtKCwQdVttVxV−=∫∫012β∫−=12ttxViidtKCwQVβ36二、逆流冷却塔热力计算(IV)（dZ微段分析）∫−=12ttxViidtKCwQVβNiidtKCwtt=−∫12'NQVxV=βVitQKmxVΔΔ=1β„交换数（冷却数）„对冷却塔的要求；„特性数：是冷却塔所具有的冷却能力；„淋水填料的散热能力；即单体容积淋水填料在单体焓差的推动力下所散发的热量。737三、热力学方程图解(i--t)„已知条件：当地湿球温度„大气压力P，进出水温度t1，t2„并假设气水比QG/=λτ38三、热力学方程图解(i--t)„以水温为横坐标，焓为纵坐标，画图；„已知当地气温、大气压力P，φ=1.0，由焓湿图可以求相应水温下的饱和空气焓i″ti~1221~,~itit1、水面饱和气层的饱和焓曲线AΨ空气操作线空气饱和焓曲线t(℃)t1t2τi1i2″i2i1″i(kJ/kg)B1B1′B′A′τ39三、热力学方程图解(i--t)„反映淋水填料中空气焓i和水温t的关系；ϕλλtgKCwdtdiCwQdtKGdi====1QG1，λKtiGQKttiiΔ+=−+=121122、空气操作线（i~t关系）以塔底空气焓i1和水温t2为边界，求塔顶空气焓i2：40三、热力学方程图解(i--t)„焓差Δi越大，推动力越大，则N越小，塔体填料可减小；„t2-τ值越小，则焓差越小，冷却越困难；从经济上考虑：t2-τ≮3～50C；„不同的λ值，有不同的空气操作线；„λ值大，Δi越大，越易冷却；„设计时λ应考虑空气流量、能耗等；iii−=Δ3、焓差物理意义：AΨ空气操作线空气饱和焓曲线t(℃)t1t2τi1i2″i2i1″i(kJ/kg)B1B1′B′A′