文档介绍：干湿两用冷却塔的结构设计
刘乃玲1, 2 李楠1 李伟1
1 山东建筑大学热能工程学院
2 同济大学博士后流动站
摘要:本文分析了干湿两用冷却塔的换热机理,设计了翅片管式换热器,并对该换热器干工况和湿工况的冷却能力进行了比较,经过试算找到了干湿工况运行的界限温度,通过分析得到了一些有价值的结论,为干湿两用冷却塔的研制提供了参考依据。
关键词:干湿两用冷却塔湿工况干工况界限温度
1 引言
在开式冷却水系统中,水与外界相接触,运行一段时间后,空气中的污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及细菌等,均可进入循环冷却水系统。随着冷却水的不断循环、蒸发,水中的营养源随之增加,促使藻类微生物迅速繁殖,不仅使冷却水水质恶化,而且还和其它杂质掺混形成粘垢,同时还会出现盐分的浓缩现象[1],使循环设备管道腐蚀、结垢,造成换热器传热效率降低,过水断面减小,甚至使设备管道腐蚀穿孔,从而降低了制冷设备的使用寿命。而在干湿两用冷却塔中,采用翅片管换热器,盘管将冷却水和空气隔开,被冷却水在盘管内流动,避免了水与空气直接接触,管内水质较好,有效地保护了制冷机,提高了制冷机的工作效率,延长了制冷机的使用寿命。并且在过渡季节,可以将湿式运行切换到干式运行,用空冷的方式满足运行要求。
2 干湿两用冷却塔的理论分析
干湿两用冷却塔的工作原理
图1 干湿两用冷却塔的原理图
干湿两用冷却塔是一种双工况运行的冷却塔,其原理为夏季通过喷淋水的蒸发以冷却盘管内的水,即湿工况。当室外气温较低时,关闭喷淋水采用室外空气直接冷却,即干工况。其工作原理如图1所示。
这种冷却塔由翅片换热盘管、风机、循环水泵、喷嘴等部分组成,传热部分是一个由翅片换热盘管组成的蛇形换热盘管组,管组装在由型钢和钢板焊制的立式箱体内,箱体最底部为一个蓄水池。由工艺设备或冷凝器等出来的温度较高的冷却水,通过冷却水泵加大压力输送到干湿两用冷却塔的翅片换热盘管中,在沿换热盘管自上向下流动。喷淋水用循环水泵压送到换热盘管的上方,经喷嘴喷淋到换热盘管上面。
干湿两用冷却塔内共有三种流体,分别为冷却水,喷淋水和空气。空气自下向上流动,喷淋水自上向下流动。环形翅片管将循环冷却水与喷淋水通过翅片管壁隔开,管外喷淋水的蒸发冷却使得管内循环冷却水降温
,如图1所示。喷淋水一部分蒸发,另一部分被底盘收集循环。管组外表面的温度高于进口空气的温度,它们之间产生显热交换。喷嘴在管组的外表面形成水膜,微小的水滴蒸发成水蒸汽,和管组内部的水产生潜热交换,风机的作用使水蒸汽迅速随空气排出系统。由此,蛇形管组内的高温循环冷却水与空气发生显热和潜热交换,以较低的温度排出蛇形管组[2]。冷却盘管内温度较高的水通过对流的方式将热量传给盘管的内表面,这部分热量再依靠导热的方式由盘管的内表面传到盘管的外表面。由于冷却盘管的外表面喷淋水,落到冷却盘管的外表面上,利用对流换热和蒸发换热将这部分热量传递到空气中[3]。而天气气温较低时,将喷淋水关闭,水在管中流动,空气在管外流动,由于水不直接和空气接触,水和空气的传热为非接触传热,所以只有显热交换。因此,这种冷却塔适用于水源紧缺,气温较低的地区,它具有节能、环保等优点,在冷却塔领域正受到人们广泛的关注。
换热机理分析
通过理论分析,热交换公式为:
式中:Q1为管内流体失去的热量,kW;Q2