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冷却塔的选择、布置与运行

发布日期:2017-01-20   点击数: 1369

冷却塔的选择


冷却塔选择考虑的主要因素

1. 冷却水的水量、水温、水质及其运行方式

水量的大小关系到选择大中小型3 种塔形。水量< 500t/h 采用逆流式机械通风冷却塔较多,采用横流式机械通风冷却塔相对较少;水量> 500t/h 的多数采用单台或多台并联横流式机械通风冷却塔,或逆横流多台组合机械通风冷却塔。

水温是进塔水温t 1 和出塔水温t 2 之差(Δt =t 1 -t 2 ),它关系到选择低温塔(设计Δt =5 ℃)、中温塔(设计Δt =10 ℃)还是高温塔(设计Δt =20 ℃)。一般Δt ≥ 6 ℃的以中温塔选择;Δt ≥ 11 ℃以高温塔选择。

水质的好与差及水中所含有的物质成分,关系到循环水水质稳定处理和旁流处理,并关系到采用何种水处理药剂。 运行方式主要是指全年运行还是间断运行,它关系到冷却塔的维护管理和维修。

2. 所在地区气象条件和参数、 工程地质和水文地质条件

各地设计的冷却塔气象参数(θ、τ、 等)是不同的,选用冷却塔的设计气象参数应与所在地气象参数基本一致,或优于所在地气象参数,以保证水的冷却效果。

工程地质和水文地质条件主要关系到冷却塔的基础设计和水池设计,特别是大水量的大塔关系更为密切。

3. 交通运输、水、电供应现状

冷却塔从外地运输到所在地,根据塔体的大小,可以整体运输与散装运输(到现场组装),运输交通工具分卡车与火车两种,视具体情况而定。

冷却塔安装所在地必须先通路、通水、通电,即“三通”,否则无法安装。

4. 现场场地、标高、供冷却塔布置面积的大小

现场场地和面积的大小关系到采用何种塔形。因冷却塔安装按规范对周围构筑物及塔之间的距离均有规定值,如果采用多台圆形逆流式冷却塔的间距达不到要求时,则就有可能改用多台方塔组合或横流塔多台并联组合布置。有的宾馆、饭店把冷却塔布置在裙房屋顶上,则根据冷却塔的自重和运行荷载,屋顶的结构能否承受,需要实施那些加强措施等。

冷却塔位置的标高,关系到热水靠重力流流入冷却塔还是冷却水靠重力流流入车间去冷却设备或产品。前者要建造冷水池,后者要建造热水池。

5. 设备材料的供应情况和施工安装条件

设备材料的供应包括风机、电机、淋水填料、配水系统及安装时的起吊设备、电源等。

6. 技术经济指标

技术指标主要有以下方面:

1 )热负荷H :是指冷却塔每m2 有效面积上单位时间内所能散发的热量(kJ/(m2 ·h))。

2 )水负荷q :冷却塔每m 2 有效面积上单位时间内所能冷却的水量(m3/(m2·h )),即为淋水密度。热负荷与水负荷之间的关系为: H =1000Δt ·C w·q =4187Δt·q  (kJ/(m2·L )) (9-1 )

式中 C W——水的比热。C W =4.187kJ/(kg 、 ℃)。

热负荷或水负荷越大,冷却水量越多。

3 )水冷却温差(Δt =t 1 -t 2 ):它反映温降绝对值的大小,但不反映冷却效果与外界气象条件的关系。Δt 值大,说明散热多,但不说明冷却后水温很低。

4 )冷幅高Δt′:出冷却塔水温t 2 与当地当时湿球温度τ之差。Δt′越小,t 2 越接近于τ值,冷却效果越佳。

5 )冷却塔的冷却效率η:简称冷效,常用冷却效率系数η来衡量,表达式为:

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Δt 一定时,η是冷幅t 2 -τ的函数,这说明t 2 越接近理论冷却极限值τ,则冷率系数η值越高,冷却效果越好。

技术指标与经济指标密切相关,一般来说技术越先进、效率越高则越经济。如能采用第8 章中论述的《水动风机冷却塔》,则节能、节电,经济效益明显。

7. 周围环境现状和要求

一般是指通风、热源、噪声、水雾等条件和要求。冷却塔对环境的污染主要是热污染、 噪声、飘水(含水雾)。如果冷却塔周边是居民点、 办公室(楼),则要考虑上述几方面对居民、 办公的影响,要实施隔热、隔雾、降噪等措施。

8. 运行、维护和检修能力

冷却塔运行管理和维修要有技术熟悉的专业专门人员,内容包括机电、管路、淋水填料等。但不少单位(企业)缺少这方面人员,故要专门的进行培训、实习。

9. 工艺对冷却水可靠性要求

这主要是冷却塔的设计和选用问题及系统工艺设计,保证在设计水量下达到冷却效果。

机械通风玻璃钢冷却塔的优缺点

凡是玻璃钢冷却塔都是机械通风,它与其他材料的冷却塔(如钢筋混凝土塔)相比具有明显优特点,现普遍采用,故主要介绍该塔的优缺点。

1. 优点

1 )冷却效果高,运行比较稳定;

2 )布置紧凑,占地面积小;

3 )风吹的水量损失小(即飘水损失少);

4 )温差Δt 较大,冷幅高可实现比较低(3~5 ℃,指中、低温塔),负荷常年较稳定;

5 )可设置在建筑物(使用点)和泵站附近;

6 )造价较低,材料消耗少并可采用新型、价廉的材料;

7 )施工周期短,上马快;

8 )因塔体工厂化、规格化生产,运输方便。

2. 缺点

1 )耗电较多,风机及电力成本较高;

2 )机械设备(主要是风机、电机、传动装置)维护较复杂,维护费大些;

3 )噪声较大,有时对环境和居民有一定影响;

4 )当风筒出风口靠近地面时,湿热空气会产生回流,使环境湿度和温度增加,从而降低冷却效果,并造成对周围环境的热污染。

3. 适用条件

目前在我国,除大型火力发电厂、大型汽车制造企业(如第一汽车)等采用双曲线风筒式自然通风冷却塔之外,大多数采用抽风式机械通风冷却塔,在大中型冷却塔中,明显的趋势是玻璃钢冷却塔替代钢筋混凝土冷却塔。对于老的在使用的钢筋混凝土塔的风筒,不少均改为玻璃钢风筒。

机械通风冷却塔的适用条件主要为:

1 )气温(θ及τ)、湿度较高的地区;

2 )冷却水温要求高、稳定要求严格的地方与单位(企业);

3 )占地面积有限、场地较狭窄。

逆流式与横流式冷却塔的比较

逆流式与横流式冷却塔的选型引起人们的关注。两种塔的优缺点比较见表9-1 。一般情况下,逆流式冷却塔可准确有效地控制冷却水温度,占地面积小,并可达到比较小的t 2 -τ和比较大的Δt 。其缺点是,由于底部进风面积受到限制,空气进口速度大,增加了风机的功率消耗,热水系统不易维护。相反认为横流式冷却塔空气静压损失小,配水系统维护方便,在一定的塔情况下,能够达到较高的水负荷。缺点是热交换效率比逆流式差。温差Δt 愈大,t 2 -τ愈小,逆流式冷却塔的优点愈显著,为此横流塔比逆流塔需要更大的占地面积。

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在进行逆流式、横流式冷却塔塔型选择时,必须考虑冷却塔的造价。而冷却塔的造价又受到交换数N、气水比λ和冷却水量Q 的影响,在条件相同的情况下,虽然两者造价相差不多,但风机、水泵及辅助设施等的成本很难准确计算,原设计的工作点有此高彼低的情况,所以风机和冷却温度要实行自动调节。

据有关方面介绍,在进行单位成本分析时引入了“塔单位”这个概念,用来计量冷却塔的单位成本,具有较小的波动。从国外几十台机械通风冷却塔的实际运行分析(水量均大于34000t/h ),其造价单位成本分别以单位热负荷计,单位水流量或以每“塔单位”来计量时,它们的波动范围分别为±24 %、±20 %、±12 %。根据观察认为,在调整冷却塔的运行期间,它们的风机运转,往往采用恒湿器来控制,达到所要求的冷水温度,风机就能自动停止。

在上述的计量方法内,被称为“需要的塔单位”在数值上等于“难易度”乘以水流量(L/min )所得。“难易度”是以温度进行积分的交换数N 和气水比λ 的函数,由专门的难易度曲线图查得。

海拔高度对冷却塔冷却过程的影响

不同的海拔高度,则大气压力、空气的含湿量等不同,影响水的冷却,应进行修正。

若冷却塔布置在海拔相当高的地方,则在计算冷却能力时,要考虑两个因素:一是1m3 空气的重量较在海平面处小;二是单位重量的空气中,在饱和状态时,含有较多的水分。

“空气相对湿度计算图”是按大气压力为745m m H g 制作的,在其他的大气压力下,“空气相对湿度计算图”中数值不能保证所需的精确度。当大气压力差别不大时,误差不大,但是当大气压力有明显的降低情况下,如处在很高的海拔高度,则应在计算冷却塔时进行修正。修正系数见图9-1 。

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大气的干球温度与θ1 绝对含湿量X 1 一定时,空气的热焓值与大气压力无关。但是空气的含湿量随压力的降低而变化,从而水与空气的重量比(绝对含湿量)在饱和状态下是变化的。因此,随着冷却塔所在地海拔高度的增高,被水蒸气饱和的空气热焓也增大。图9-2 绘出了被蒸汽饱和的空气热焓值的修正系数对大气压力及温度的关系曲线,当大气压力为760mm H g (101.3 千帕)时,空气热焓需要按校正数增加。

当被蒸汽饱和的空气热焓增加时,热量质量交换过程的“推动力”也应该增大,这就使相同计算条件下冷却塔的尺寸减少。但是以kg 计的风量将由于密度的降低而减少。图 9-1 绘出了在15 ℃并在海平面处大气压力为760m m H g 条件下计算的空气密度的修正系数f γ 曲线(海拔高度与大气压力之间的关系曲线以虚线表示)。当冷却塔布置在海拔很高的位置及计算的空气温度不等于15 ℃的情况下,建议将空气密度值乘以相应的系数f γ ,同样按图9-2 中的曲线修正被蒸汽饱和的空气的热焓。

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冷却塔湿热空气的再循环

湿热空气的再循环又称湿热空气的回流,指冷却塔顶部从风筒排出的湿空气,一部分又被吸入塔内,使进入冷却塔空气的焓热量增加,造成冷却塔本身的冷却效果降低。所以要预先计算冷却塔的回流湿热空气的影响,以便确切地掌握进入冷却塔的环境参数。实践证明,在冷却塔运行中湿热空气再循环不但存在,而且有时是严重的,也就是说,进入冷却塔的湿球温度比远离冷却塔的气象亭中所测得的湿球温度将高出0.5~1.2 ℃,这种现象尤以冷却塔下风向更显得明显。其影响范围和程度与塔群单列布置的长度及主导风向、风速和风筒的高度有关。

为了鉴定冷却塔的效果,许多规程规定: “干、湿球温度测点应设在集水池边以上大约1.6m 离塔迎风面不小于17m 或大于34m 处,于气流进入范围内测3 点取其平均值。

回流不仅会使塔的本身受到不良影响,而且还会由一个或一列冷却塔排出来的湿热空气进入到其他塔中去,造成互相干扰,降低冷却塔的实际冷却效果。

造成湿空气回流的原因有以下几种:

1. 进风口太小,使该处流速加大引起附近空气的扰动。

2. 冷幅高(t 2 -τ)小,特别是外界空气的湿球温度低,相对湿度大。

3. 空气相对流量小(即气水比λ小)。

4. 冷却温度变化范围较大的时候。

5. 风筒高度小(低)。

湿热空气回流的影响计算为:

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设大气热焓为i 1 ,考虑回流因素,按回到冷却塔内的空气和水的热平衡关系建立方程为: 设计时所采用的冷却塔入口混合气象参数应为:θ1 =3119 ℃,τ1 =2912 ℃, 1 =84 %可见,由于湿热空气的回流造成冷却塔混合气象参数,比原统计的气象参数提高了很多:干球温度θ提高了1.5 ℃,湿球温度τ提高了1.0 ℃,如不加以重视,将使冷却塔达不到预定的冷却效果。

冷却塔的计算机选型

冷却塔的塔型较多,其计算涉及气象条件(P、θ、τ等)、冷却水量(Q )、进出塔水温(t 1、t 2 )以及冷却塔形式、填料种类及规格、风机性能等多方面条件与因素,计算工作大而繁。国内部分单位根据循环冷却水工程的实际需要和不同情况,编制了一些冷却塔的设计计算程序。有的程序用于冷却塔的设计计算,有的程序用于冷却塔的选型。采用计算机计算,既提高了设计计算的精确性,又节省了计算的工作量和时间,是必然发展的趋势。

化工部第三设计研究院针对化工系统编制的数种冷却塔通风图(主要为大塔,包括钢筋混凝土塔),编制了逆流式机械通风冷却塔的选型程序。该程序采用麦克尔焓差法编制,将逆流式机械通风冷却塔的计算,归纳为“四线二点” 的求解。由填料的热力特性曲线和气象条件、水温计算的冷却塔的操作曲线的交点,可求得气水比λ和冷却任务数N ;由风机的特性曲线和塔的通风阻力曲线的交点,可求得风机工作点的风量G 。由工作点的风量G 和气水比λ,即可求得冷却水量Q 。

计算机计算程序简化框图见图9-3 所示,该程序将冷却塔的参数数据库设计成开放式可随时增加、删除或修改。可根据用户的要求,自行将新的冷却塔塔型、各种填料、风机和气象参数加入数据库中。这样可不断地更新数据库,使计算程序更具有适应性和实用性。

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冷却塔平面布置的原则和要求

1. 为了避免或减轻飘滴、 雾和噪声对厂区、 居住区及建筑物的影响,冷却塔应布置在下风向,并应有适当的距离。冷却塔间净距及冷却塔与附近建筑物的距离应按表9-2 执行,符合表9-2 的规定要求。

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2. 应尽量避免布置在热源、废气和烟气发生点、化学品堆放处(含仓库)以及煤与废弃物等的堆放处附近。 3. 冷却塔之间、冷却塔与其他建筑物之间的距离应满足冷却塔的通风要求,并应满足管、沟、道路、建筑物的防火和防爆要求,以及冷却塔和其他建筑物的施工和检修场地要求。

4. 开放式冷却塔的长边应与夏季主导风向垂直,与周围建筑物的净距宜大于30m 。

5. 多格毗连的机械通风冷却塔的平面宜采用正方形或矩形。当塔的平面为矩形时,边长不宜大于4 ∶3 ,进风口宜设在长边。

6. 当机械通风冷却塔格数较多时,宜分成多排布置。每排的长度和宽之比不宜大于5 ∶1 。

7. 机械通风冷却塔的进风口,宜符合下列要求:

1 )单侧进风的塔进风口宜面向夏季主导风向。

2 )双侧进风的塔进风口宜平行于夏季主导风向。

8. 相邻的冷却塔之间的净距应符合下列规定:

1 )逆流式自然通风冷却塔之间,不应小于塔的进风口下缘的塔筒半径。横流式自然通风冷却塔之间,不应小于塔的进风口高的3 倍。当相邻两塔几何尺寸不同时,应按较大的塔计算。

2 )周围进风的机械通风冷却塔之间,不应小于塔的进风口高的4 倍。长轴位于同一直线上的机械通风冷却塔塔排之间,不宜小于9m 。长轴不在同一直线上相互平行布置的机械通风冷却塔塔排之间距离,可采用0.5~1.0 倍塔排长度,并不应小于塔的进风口高的4 倍。

3 )周围进风的机械通风冷却塔与建筑物的净距,应大于进风口高度的2 倍。

4 )自然通风冷却塔与机械通风冷却塔之间距离,不宜小于风筒式自然通风冷却塔进风口高的2 倍加0.5 倍机械冷却塔(或塔排)的长度。

5 )当无法满足表922 要求时,应采取相应措施:

1 )计算在设计条件下塔体相互干扰对进塔空气湿球温度的影响。

2 )考虑进风阻力的影响。

3 )对相邻建筑物采取必要的防冻、 隔声措施,使满足当地环保部门的要求。

9. 为了减少湿热空气的回流,应尽量避免冷却塔多排布置,尽量避免使冷却塔夹在高大建筑物之间的狭长地带。

冷却塔供货或选用时应考虑的方面

目前中小型冷却塔基本上为工厂化、规模化生产,由厂商向使用单位供货。无论是使用单位选用冷却塔,还是生产单位供应冷却塔,均应考虑和满足以下方面:

1. 热力性能应满足使用要求,包括鉴定和测试技术资料在内。这是首要的也是主要的方面。

2. 生产厂方提供必要的技术资料和运行实测数据,供使用方设计使用。

3. 塔体的结构材料,包括塔体结构的稳定性,防大气和水的腐蚀性、经久耐用性和组装配合的精确性。

4. 配水均匀性好,壁流较少,不易堵塞。

5. 收水器除水效能正常,飘水量少。

6. 淋水填料、喷溅装置、除水器等应满足下列要求:

1 )在设计的最高水温下不软化变形。

2 )在设计的最低气温条件下不破碎、不破裂。

3 )具有足够的刚度和强度及良好的耐老化性能。

4 )具有良好的阻燃性能,满足国家和地方的有关标准及规定。

7. 风机匹配,在额定的风量和转速条件下,长期运行无故障,无振动和异常噪声。叶片耐水侵蚀性好并有足够强度。

8. 运行噪声符合当地环境保护要求。

9. 电耗较低、节能节电。

10. 造价低、重量轻、便于运输。

11. 易安装,经常维护管理方便。

12. 冷却塔进塔水温一般≤ 46 ℃,若高于此温度应提出要求,实行相应措施。

13. 进水水质应符合循环冷却水水质标准,不应对填料和喷嘴等造成堵塞。

冷却塔的运行和维护

冷却塔在热力性能方面的正常运行主要包括塔的循环水量、空气量和热传导特性等三个因素,其中任何一个或几个条件发生变化时,塔的运行工作就会受到影响。

为使冷却塔的性能良好,应保持塔的清洁及配水的均匀性和风量分布的均匀,以便能获得连续的较理想的冷却能力。切勿使污垢、藻类、苔藓等积聚,以免堵塞配水系统或排(出)水系统,还应保持测量孔板无碎屑以保证正确计量与控制。

引起空气流量的变化有以下几方面:变更风机工作点的静压点,变更风机的转速或者改变风机翼片的倾斜角。除此之外在填料或收水器上聚结水垢、油脂、藻类,以及流进填料的水负荷过大亦会造成空气流量的减少,安装在风筒内的风机,如受到损害后会使翼片顶端到风筒内壁的间隙增加而降低风机的效率,塔的壳体板坠落后空气漏入亦会使流径填料的空气量降低。 填料变形脱落、喷嘴阻塞、配水管道内杂质物沉积都是造成传热效果不良的重要因素。

上述这些问题如不及时得到应有的维护,那么对于气流、水流和热传导等方面均会造成较严重的危害。然而对冷却塔的维护管理往往不够重视,被人们所疏忽。这个问题一度是普遍存在,主要原因是对冷却塔维护的重要性及必要性认识不足,不于重视,故造成冷却塔运行过程中不正常或发生故障。

冷却塔部件的维护保养

1. 运行记录

冷却塔建造或安装完工投入运行时,设计单位或生产制造厂家应提供冷却塔的全部特性数据:包括热力特性、阻力特性、水负荷、热负荷、环境温度(干、湿球温度)、冷却范围、空气流率、功率消耗、风吹损失、蒸发水量、补充水量、浓缩倍率、风机动力消耗、进塔的水压等,使用单位的有关分管部门应根据上述各项内容做好运行记录。

2. 测量仪器和方法

为了检测冷却塔的冷却效果,或评价冷却能力的大小,就必须进行室内试验研究或生产现场对运行中的冷却塔进行鉴定性测试。因此,不仅要有冷却塔试验研究的科技人员,还要有一整套较完整又符号规范的测试方法,而且必须配备一套测试仪器及仪表(有的要有备用),如温度计、风速仪、微压计、压力计、声级仪等等,详见“冷却塔测试” 这章。

3. 冷却水集水池

冷水集水池应保持水池的水深,防止发生气蚀现象,集水池的干舷高度为15~30cm ,以下为水池的有效容积,水池的水位应维持一定的水平,否则需调节补充水阀门。对于横流式冷却塔而言,如运行水位低于设计要求时,应在原水面以下安装空气档板,防止空气旁流。冷水池应进行不定期的清扫以去除沉积于池底的淤泥及黏着物,清除填料及其支架掉落的碎屑,保持水泵吸水口的格栅清洁,不定期地检查集水池的泄露,如需要修补时,必须要注意酸、氯、水质稳定药剂分配装置是否正常运行。

补充水量、排泥量与循环水的水质控制密切相关,应根据系统的要求,投药量及时调节。

4. 热水分配系统

为保持热水配水系统的清洁畅通,包括调节阀、稳压装置、输配水管、喷嘴、溅水器、调节分配池内各水槽的水流,使其得到同样的水深(水深均在100~150cm 之间),若进塔的循环水量有大的变化,则配水管、喷嘴应作相应调整。

5. 风机及其传动装置

风机及传动轴:定期检查风机叶片表面有无损伤或异常情况,检查传动轴与联轴节时,应保持水平直线。

齿轮减速器:定期检查齿轮减速器里的油位和油温,并利用季节性临时停车,将油调换,检查各个零部件。 电动机:电动机和风机、减速器相同,均需按有关制造厂的保养要求进行润滑与维护,如采用二挡的电机,在高速线圈断电后及在低速线圈供电前应至少有20min 延迟时间(以消除变速的极大应力),当改变转动方向时,在风机、电机给电前至少有2min 延迟时间。 冷却塔部件的定期检查和维护项目见表9-3 。

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6. 水池产生泡沫

新塔运转初期时,集水池中容易产生大量的泡沫,经过相当短的操作时间后,泡沫一般会减少,以致全部消失。但有时也会由于水中某些溶解固体的浓度增加,空气溶入浮在水面或泡沫,或由循环水与泡沫产生泡沫化合物时,可采用清除法或增加排放量(增加排放次数或延长排放时间),以减少永久性泡沫。但在某些情况下,必须在系统中加入抑止泡沫的化学药品、消泡剂。

7. 冬季操作

在我国海南、广东、广西、台湾、福建等地,冬季温度基本上在10 ℃以上,对冷却塔的运行操作影响不大。但我国大部分地方冬季均会出现零度以下天气,“三北”地区常处在-10 ℃以下,出现冰冻或严重冰冻,这使冷却塔的运行变得明显复杂化。

冰冻会使淋水填料装置变形和破坏而造成事故。冷却塔冰冻常先发生在进入冷却塔的冷空气与水量较少的接触地方。在进风口,沿塔体内壁流下水结成一根根冰柱,然后冻结成密实的冰帘子,把整个进风口封住。当进风口形成冰帘子时,进入冷却塔的空气量急剧减少,塔内水温升高。此外,淋水装置上严重冰冻,会使塔体结构产生危险振动。内部结冰是危险的,只是在淋水装置被破坏以后才能发现。因此在冬季不允许热力和水力负荷发生波动,必须在淋水装置范围内均匀地分布冷却水,并且不允许在个别地段降低淋水密度。

为了防止冷却塔大量结冰,必须或者定期打掉冷却塔进风口上的冰,或者减少进入冷却塔的冷空气。进风温度越低塔中热负荷越小,空气量应该越小。如果进风量适当调节,使塔内冷却水温度不低于12~15 ℃,则冷却塔结冰现象一般不多,并且不超出允许的限度。

减少进入冷却塔的冷空气量,可采用关闭风机,或减少转速改变风机的工作,或者减小叶片的安装角度等方法做到。此外,为了调整风速可在塔的进风口安装闸板。

为了使冷却塔“解冻”,去除冻结的冰,还可以定期地使风机倒转,这样把热空气从淋水装置吹到塔的进风口,熔化冷却塔的冰。

为了减轻大型(多格)机械通风冷却塔进风口的冰冻现象,推广了各种喷淋装置,其中有专用的缝隙式喷头;还可以只向部分格供应全部水量,而对其他各格完全停水,有时还可采用减少循环水量的办法。

为预防横流式机械通风冷却塔进风口百叶窗结冰,可在冬天适当地关掉端头几排配水装置的短管或喷头,并且关掉百叶窗的上面部分。

在风机工作的条件下,因为有收水器和向上升的热空气,排除了风机本身结冰的可能性。但是在关掉冷却塔各格内的风机,由于蒸汽在其表面凝结成冰,接着被冷凝水结成的冰盖住。在这样情况下,风机重新工作前,必须清理掉冰块和放进水去加热冷却塔。

在冬季当冷却塔不运行时,为了避免在基础上结冰,集水池应充满水,并保证池子里的水循环;冷却塔进风口要严密封闭。对那些冬季停止运行的冷却塔池子,可用排放少量水到下水道去的方法确保其中水的循环。

冷却塔故障及排除

冷却塔常见的故障、产生的原因及排除的方法见表9-4 ,该表仅总结一些典型冷却塔的运行操作经验,对于不同类型的冷却塔还应根据不同的条件增加维护检修的内容。

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风机叶片倾角测量

目前机械通风冷却塔风机叶片材料有钢板(含不锈钢板)、铝合金及玻璃钢等,各有优缺点,但玻璃钢风机的优特点更为显著,其叶形为空心薄壁结构,空腔内填泡沫塑料,以增强度。玻璃钢叶片不仅可节省大量的铝合金和钢材,而且具有许多金属叶片达不到的优点,如体积小、风量大、效率高、重量轻、制作工艺简单、成形方便、投资小,可以制造较为复杂的叶形、表面光滑,具有优良的抗酸碱腐蚀能力,不会在湿热空气下造成气蚀等。实践证明玻璃钢叶片很少需要维护,降低了维护费用,提高风机安全运行的可靠性。

但玻璃钢风机的弹性模量较低,因此对叶形的设计要求严格,否则容易产生刚度小的弱点。

在机械通风冷却塔中,目前三种材质的风机均有采用,但钢板风机相对采用较少,在中小型冷却塔中,采用铝合金风机的多于玻璃钢风机;而在大型冷却塔中,目前基本上多 采用玻璃钢风机,采用铝合金少。

冷却塔内气流能量及阻力

在冷却塔的工作条件下,风机的通风量决定于冷却塔的全部空气动力阻力,而这一阻力等于风机的全风压力。风机的工作点使以风机的特性曲线与冷却塔的空气动力阻力性能曲线的交点来表示。

1. 能量方程

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气体在冷却塔内的流动如同管道内流动相似,其连续性方程式是质量守恒原理在流体运动中的表现形式。气体在进行稳定流动时,从某段一端流入的质量等于另一端流出的质量,如图9-4 所示,即单位时间内流过每一截面的流体质量为一常数,用式表示为:

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式中 γ1、v1、F1——表示断面121 处气体的密度(kg·s2/m4 )、面积(m2 )和流速(m/s);

γ2、v2、F2——表示断面222 处气体的密度、 面积和流速。

此式称为“连续性方程式”。对于空气来说,虽然压缩性很大,但在冷却塔中流动时,通风阻力较小,一般为10~30mm H2O ,前后压力变化很小,这些变化可认为忽略不计,故可当作不可压缩来看待,即ρ1 =ρ2 ,则式(9-12 )可变成为v1F1 =v2F2 = 常数。

按图9-4 ,气体在塔内流动的能量方程主要描述气体流动时的压能、动能及位能三者相互变化的规律,这个规律表明理想气体在塔内作无扰动现象流动时,任何一个截面的压能、动能、位能三者之和是一个常数,即伯努利方程:

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式中 P 1、P 2——截面1-1、2-2 上的压力(kg/m2 );

γ——气体的密度(kg/m3 );

v 1、v 2——截面1-1、2-2 上的流速(m/s);

g——重力加速度,9.81m/s2 ;

Z1、Z 2——截面1-1、2-2 距基准面(020 )的高度(m )。

实际气体在塔内流动时,是有压力损耗的,使总能逐渐减小,如采用ΣH 表示阻力损耗的能量,则空气在塔内流动时的实际能量方程为:

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等式两边乘γ,可写成:

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式中 P 、Z·γ、(v2/2g)·γ 分别被称为静压、位压(位能)、速压(动能),而ΣH·γ=ΣΔP 表示压力损失总和。

静压是冷却塔内气体垂直作用在物体上的压力,可正可负;位压亦叫位能,由重力作用而引起,距地面越高位能越大;速压亦称动能又称速度头,由速度引起,随速度大小而变化,它的方向与速度方向一致,永远是正值。

静压和动压在一定条件下会互相转化,并且可用来克服塔内的阻力。以圆形逆流式机械通风冷却塔来说,中塔体和风筒(不是扩散风筒)的截面是不变的,收缩段的截面是变化的。如果气流均匀分布,则气体在截面不变段流动时,如果流速不变则动压不变,所以阻力只能用压能(静压)的消耗来克服;气体在截面变化段流动时,如果要保持静压不变,就必须利用动压的变化来补偿阻力损失。能量的转化可用下式计算:

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可见,由于流速降低而增加的静压力等于阻力损失,即静压增加值全部消耗在克服阻力上。

2. 冷却塔的压力损失

1 )动压力损失

在塔内流动的空气,因具有速度故要消耗部分动能,即动压力,其值计算为:

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式中 v ——空气的流速(m/s ),一般来说,冷却塔的风量是不变的,但风经过的断面是变化的,故风速也是变化的,其变化的范围为20m/s >v > 1m/s。

γ——空气的密度(kg/m3 ),根据 等参数查有关图表。

2 )局部阻力 局部阻力可分为两类:一是流量不变时产生的局部阻力;二是流量改变时产生的局部阻力,冷却塔属前种。但局部阻力都可按下式计算:

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式中 ΔP z——各部件的局部阻力(kg/m2 或mm H2O )。

ξ——局部阻力系数,表示部分动压消耗在克服部件阻力上。一般用实验方法确定。

3 )总局部阻力 冷却塔通风阻力包括沿程摩阻、局部阻力和动压损失等3 个部分。总的局部阻力如《冷却塔的设计与计算》那章所述,由进风口、导流设施、淋水装置、配水系统、收水器、风筒、气流的收缩、扩大、转弯等组成。总局部阻力表达式为:

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式中 ξi ——局部阻力系数; vi ——相应部位的空气流速(m/s);

γi ——相应部位的空气密度(kg/m3 );

g——重力加速度(9.81m/s2 )。

风机的全压及安装角度

1. 风机的全压及转速

风机具有的总压力称为全压,是由风机具有的静压力和动压力两者组成(两者之和)。常用毫米水柱(mm H2O )表示。在风机型号及样本中,有的用全压表示,而有的用静压表示。如LF 型、L 型等风机主要性能介绍中为“全压”;而JT2LZ 风机等主要性能介绍中为“静压”。风机的全压一般在8~19mm H2O 之间;风机的静压通常在4~10mm H2O之间。如用压力表示,则单位为kg/m2 。

小型风机由电动机直接驱动(机械效率为100 %),因此叶轮转速较快。一般风机叶轮直径≤ 2000m m 的,转速均在300r/min 以上, 最高的可达960r/min (叶轮直径仅600m m );风机直径> 2000m m 的,一般转速小于320r/min ,风机叶轮直径越大,转速越小,如风机叶轮直径为9140m m ,风量2730000m3/h 时,转速仅为110r/min 。同一直径的风机,其安装角度和转速不同,则风量也不同,而风量的不同,则全压和静压也随之不同。也就是说,为改变风量(增加或减少风量),可采取改变风机安装角度与改变风机转速来解决。

2. 风机的安装角度与测量

风机铭牌上一般表明三档风量,不同风量其全压和叶片的安装角度也随之相应不同,其共同点是随着风量增加,则叶片安装角度增大,全压增大,电机轴功率也增大。有的风机铭牌(样本)上只表明一种叶片的安装角度及其相应的风量(含全压)。风机的这一工作点就是风机的特性曲线与冷却塔空气动力阻力性能曲线的交点。

风机的安装角度和风量不是可任意(无限)变化的,仅局限在一定的范围内,通常风机叶片的安装角度变化范围在8°~24°之间,角度太小则风量不足,不能充分发挥风机的潜力和作用;安装角度太大,则振动和噪声增大,影响塔体与风机的寿命。多数冷却塔通常的风机叶片安装角度为8°~15°之间。安装角度在20°以上的相对来说较少。

冷却塔在试运行之前,必须检查风机叶片的倾角(安装角度)和叶片端头距风筒内壁的间隙大小(距离),风机安装在风筒内的下部分,风筒直径比风机叶片直径大1 %~2 %(大风机取小值,小风机取大值)。在小型风机中,叶片端头与风筒内壁间隙距离最小值为8m m 。间隙距离过大会造成局部涡流,降低风机效率。

风机全部叶片应安装得相同,保持要求的角度。在试转之前,按风机生产厂提供的要求和规定,对风机叶片的倾角进行测量。现以风机直径5m 和7m ,其倾斜角的测量方法为:沿叶片边缘作两个记号,其位置在离端点500m m (5m 风机)或者700m m (7m 风机)处,把这两个记号垂直向下引到下面框架的同梁上,再测量出离开梁的垂直距离H 1 及H 2和相互间的水平距离L ,即离端点的距离处的叶片宽度。则叶片的倾斜角α按下式计算:

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