机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例

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硫磷设计与粉体工程 SP M E A E N I E RN &B HR L T DE GN E lG

20 0 6年第 1期

机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例唐燕忠(中国石化集团南京设计院，江苏南京摘

204 ) 10 8

要：能源比较紧缺的今天，环水站冷却塔的节能降耗设计显得十分重要。结合化工厂循环在循

水站冷却塔的设计，介绍了通过对机械通风逆流冷却塔的热力和通风阻力的计算，求得冷却塔的最佳工

艺参数，在满足正常生产要求的情况下，达到节能节电、取得较好的经济效益的目的。关键词：机械通风+逆流冷却塔：能；节设计；力；热通风阻力；计算中圉分类号￣Q 5 .0 ' O 152 r文献标识码： B文章编号：0 9—10 f0 6 O— 04— 10 9420 )l O4 0 4

1概述 在能源比较紧缺的今天，循环水站冷却塔的节 能降耗设计显得十分重要。通常，冷却塔的选型是根据化工工艺提供的水量和当地气象温差，套找对应的冷却塔样本选出合适的冷却塔。如果工程所在地气象参数与样本上的参数相差不大，则冷却塔的选型一般能满足设计要求。但是，如果当地气象参数与样本上的参数相差很多，则冷却塔冷却能力不够或者冷却能力超富余都会造成能量浪费。 主要问题出在什么地方呢？原来样本上成品冷却塔的运行参数是在标准气象参数(干球温度 0= 3.℃, 15湿球温度下 2℃,= 8大气压 P=10 4× 0 .0 1’ P), a下结合冷却塔结构、填料的热力特性和阻力性能，以及配水系统和风机的选型等综合情况计算编制而成的。如果当地的气象参数与样本上的参考参数相差悬殊，则选出的冷却塔就达不到节能降耗的目的了。 笔者认为，要解决这类问题，可以与制造厂联合设计。首先，我们根据工艺要求限定塔体的结构、大致尺寸和组合形式；然后制造厂采用工程所在地的气象参数、工艺要求的水量及进出冷却塔的温度等参数进行设计，并做出多种方案；最后，我们对制造厂设计的冷却塔尺寸、构造、配用风机、上塔扬程等参数进行评估，选择合适的设计方案，并通过热力和

和焓差动力法两种方法，目前世界各国工程技术人员及相关规范规定中，均推荐采用焓差法。应用较广的焓差计算法又

分为三种：平均焓差法 (①对数均值法 )一般中、型冷却塔温差为 6—1,小 5o, C时多

采用此法计算；②二次抛物线倒数积分法；③辛普森近似积分法，当大型冷却塔温差为 6~ 5℃或各种 1型式的冷却塔温差大于 1 5℃时，多采用辛普森近似积分法。

平均焓差法由于计算较简单，而且精度又能满足计算要求 (差小于 1温 5℃时，超过 3一不%

35 )实际使用比较普遍。笔者也选用此法进行 .%,计算。1基本方程、

基于麦克尔焓差方程式基础上的逆流冷却塔热打计算基本方程如下：0=

上J K i”

h

一

i

㈩

令

Ⅳ=

() 2

N=3v Q/ x () 3Ⅳ称为交换数或冷却数，说明冷却任务的大小，与外界气象数有关；Ⅳ称为冷却塔的特性数，表示冷却塔

本身所具有的冷却能力。当 N= v即冷却塔的 』时，设计能力与生产上所要求的冷却任务相匹配，明说 选用的冷却塔是最经济、合理的。2冷却数/、、『

通风阻力计算，来验证所选冷却塔是否满足设计要求，以达到节能降耗的目的。

蒸发水量带走的热量系数 K【叉可表示为 2K=1一~/ L, w2r 乜

2冷却塔验证的基本方程及参数2 1热力计算’J .

() 4

当焓差 i一取平均值△冷却塔进、 i,出水温差 A= l 2则 t t—t,

逆流冷却塔的热力计算方法历来有压差动力法

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唐燕忠 .机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例

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() 5

填料区以外的部分阻力 P:,P2= z—Pl

风机实际况下的全压 P应等 I塔总阻力 j 公式 ( )近似地表示为 2可N=(/ 1 K) cA/ i) 6 ( tA ( ),

即 P=H,机实际工况下的全压 P与标准 z风p = oy / P/ 0 ( 8 1)

工况下的全压 P关系为：

冷却塔进、出口空气的焓的关系如下：i= l t( ) 2 i+cA/ M () 7

风机实际工况下的』量 G标准工况下的风 x l量 G关系为：。=G)】 f ( ( 9 1)

其中

A=3 6 kg . g/

() 8

湿空气的焓计算公式如下： = + .2 (o c0

[ p/p(咖。]9 c 062 r+ ) C (,一 ( ) f )其中，饱和蒸汽分压力 P按下式计算求解： l= .

3工程设计实例笔者曾经做过贵州某大型硫酸装置一个清净循环水站没汁，最大水量 330m/。为便于调节，其 0 h

215 1 3 312 0 ( O0 T 0/ 7.6+ .0 7 - . 5 1 0/一1 033 1) 3 7 43 1 3 82 (7.6 T - . 40 (7.6一 ) ( 0 .1 33 1 ) 0 g/ 8 4 33 1 T 1)

相对湿度计算公式如下： 9=[一 .0 2, 0丁] 6 P 0 00 6p (一 ) 6 3特性数，、 v

运行经济，如冬季只开一台风机，设计为两台塔组 (1 1) 合，单塔设计冷却水量是 1 5 h塔体梁柱和 0m/ 6 维护面板均采用钢筋混凝土结构，外由于场地较另紧，冷却塔尺寸要求尽可能小。 已知气象参数如下：干球温度 0 湿球温度丁 大气压 P,3 3 c 0. c23. C 6o 91 k a .1 P

淋水装置的容积散质系数反映了单位体积淋水装置的散热能力，愈大说明冷却塔散热愈 好，塔的体积可以缩小。x= g~ v A; q (2 1)

则特性数，可表示为 v= )

已知工艺参数如下： 进塔水温 t .出塔水温 t,( 4 1)4 0 3 2

将式( ) 8代入式 (3得 1)N= AA

单塔冷却水量 Q

16 0 I/h 5 n

计算冷却塔的特性数Ⅳ可采用式 ( ) 3或式(4均能得到理想的结果。 1) 2 2通风阻力计算 .当然，在考虑填料热力性能时，应统筹考虑冷还却塔的阻力性能，以达到节能的目的。

3 1冷却数Ⅳ的计算 .根据已知气象和工艺参数，算出与，相关的计 v参数如下：0. 4 95 Yl 1 0 5 k/m .3 g

i l i,

7 . J k 5 6 k/ g 1 0 6 k/ k 8 . J g

冷却塔的通风阻力计算可按下式：H= 22 / (5 1)

9 6 05 .8P 4. 6 k 3 Pa

iAi

1 9 3 k/k . J g 11 7 0 k/ k 4 . J g

当计算全塔总阻力时，为淋水填料计算断面 的平均风速；当计算冷却塔的局部阻力

时，为该 处的计算风速。 进冷却塔宅气密度。可按式 (6计算] 1): l 0 03 8p 0 0 1 l咖/ 2 3 0 (6=( .0 3气一 .0 6 ) (7+ ) 1 ) 4 3冷却塔阻力系数一般采用与所设计的冷却塔相同的原型塔的实测数据或相似的模型塔的实验数据。

P

2 9 P .4k a

当气水比A= .、.、.、., 04 05 06 07时计算的相应， v值如下：A=0 4 .A=0 5 . A=0 6 . A=0 7 .

N=13 3 .6N=0 9 . 58 N=0. 2 82 N=0. 5l 7

3 2特性数Ⅳ .计算

另外，填料的通风阻力 (包括喷淋区和尾冷区) 可根据填料阻力性能表达式计算：P=y l h (7 1)

根据工程没计要求，笔者选择了 A、 c . B、个冷 |却塔制造厂家的产品方案，单塔的相关参数见表 1。 根据表 1分别计算出三个厂家冷却塔的特性数，见表 2。

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S&B HR LT DE GN E I P M EAE N 1E R G N表 l厂家提供的冷却塔的相关参数~I

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