了解冷卻塔傳熱的基礎(chǔ)知識(shí)
作者：湖北武漢辦事處 時(shí)間：2021-05-19 16:25 閱讀：
直通式冷卻塔是上個(gè)世紀(jì)大型電廠的常見設(shè)計(jì)特征，因?yàn)樵摴に嚳梢杂行У靥峁┐罅康睦鋮s水，以用于渦輪機(jī)排氣蒸汽冷凝和輔助熱交換器冷卻。但是，關(guān)于在直通式系統(tǒng)的進(jìn)水口和排水口處保護(hù)水生生物的環(huán)境問題已基本消除了現(xiàn)代植物的直通式冷卻。現(xiàn)在，冷卻塔或其一些變型，例如濕表面空氣冷卻器（開式冷卻塔）或什至是空氣冷卻的冷凝器（閉式冷卻塔），已成為常態(tài)。但是，這一發(fā)展是在許多新的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠以及與此相關(guān)的其他設(shè)施都配備有該行業(yè)新手的時(shí)候進(jìn)行的?；玖私鈱?duì)于冷卻水和其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。
一、冷卻塔基礎(chǔ)
為了便于討論，我們將重點(diǎn)介紹最常見的工業(yè)冷卻塔
來自工廠換熱器的熱廢水進(jìn)入塔，然后噴灑在冷卻塔填料上?？諝膺M(jìn)入塔的下部，并以逆流方式接觸水，以幫助最大程度地傳遞熱量。冷卻的水收集在一個(gè)集水箱中，以返回到熱交換器，而熱空氣排到大氣中。
冷卻塔中的關(guān)鍵組件是填料，它可以進(jìn)一步幫助最大化空氣/水的接觸。下面顯示了兩種類型，現(xiàn)代飛濺填料和最高效率的薄膜填料。
現(xiàn)代塑料飛濺填料
高效橫紋膜填料
有許多中間選擇，這些選擇取決于預(yù)計(jì)的冷卻水質(zhì)量和介質(zhì)中的結(jié)垢可能性，作者將在以后的網(wǎng)站的后續(xù)文章中討論這些選擇。
下一部分將研究冷卻塔中的傳熱原理。
二、冷卻塔一些基本的傳熱計(jì)算公式
進(jìn)氣的相對(duì)濕度（RH）為50％，而塔排氣的相對(duì)濕度接近100％。該數(shù)據(jù)有助于說明冷卻塔中的主要傳熱方法是通過蒸發(fā)再循環(huán)水的一小部分（2-3％）。雖然冷卻塔流量設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)可能有些復(fù)雜，但是已經(jīng)開發(fā)了幾個(gè)簡(jiǎn)單的方程式，可以直接估算到冷卻塔的蒸發(fā)，排污和補(bǔ)充流量。
蒸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)公式是
E =（f * R * DDT）/ 1000，其中1個(gè)
E =蒸發(fā)量（單位：gpm）
R =再循環(huán)率，單位：gpm
DT =冷熱水循環(huán)溫度（oF）之間的溫差（范圍）
| =有助于解釋顯熱傳遞的校正因子，其中|通常介于0.65至0.90之間，夏季上升，冬季下降
該系數(shù)為1,000，是環(huán)境條件下水的汽化潛熱（Btu / lb）的良好近似值。根據(jù)作者先前所做的一些工作，|對(duì)于圖2中的示例，其計(jì)算結(jié)果為0.78。因此，對(duì)于此示例，在150,000 gpm的再循環(huán)流量和27o F的范圍內(nèi)，蒸發(fā)速率為3,159 gpm。
理解冷卻塔傳熱的一個(gè)非常重要的概念是“濕球”溫度，這是通過蒸發(fā)冷卻可以達(dá)到的最低溫度。除非相對(duì)濕度為100％，否則濕球溫度將始終低于環(huán)境溫度或“干球”溫度。因此，冷卻塔實(shí)際上總是可以將循環(huán)水冷卻到比ACC更低的溫度。在圖2的示例中，入口空氣為68oF，相對(duì)濕度為50％時(shí)，濕球溫度接近57oF，因此該例中的濕球溫度為77o – 57o = 20oF。對(duì)于現(xiàn)代設(shè)計(jì)良好的冷卻塔，較低的進(jìn)場(chǎng)溫度很有可能。
三、冷卻塔濃度和水質(zhì)影響的周期計(jì)算
蒸發(fā)量c在冷卻水中使用溶解和懸浮的固體以增加濃度。該濃度因子在邏輯上稱為濃度循環(huán)（C或COC）。 C，或者更準(zhǔn)確地說，允許的C，隨塔的不同而變化，這取決于幾個(gè)因素，包括補(bǔ)充（MU）水化學(xué)，化學(xué)處理程序的有效性以及對(duì)補(bǔ)充或排放量的潛在限制。用于計(jì)算濃度循環(huán)的代數(shù)方程為：
C = MU / BD方程2
比較補(bǔ)充液和循環(huán)水中常見離子（例如氯離子或鎂離子）的濃度將確定濃度循環(huán)，但是在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算C的常見方法是在線測(cè)量排污（BD）和補(bǔ)充液（MU）電導(dǎo)率。測(cè)量允許瞬時(shí)排污調(diào)節(jié)，以保持所需的C值。在所有情況下，濃縮循環(huán)都有一個(gè)臨界點(diǎn)，即使進(jìn)行了良好的化學(xué)處理，進(jìn)一步的濃縮也會(huì)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)結(jié)垢或腐蝕。
排污與蒸發(fā)的比率由以下方程式概述：
BD = E /（C – 1）式3
除排污外，冷卻塔風(fēng)扇排氣中的細(xì)小水滴也會(huì)排出一些水。這種失水現(xiàn)象稱為漂移（D）?，F(xiàn)代除霧器可以將漂移降低到再循環(huán)率的0.0005％，Brentwood Industries提出了一種達(dá)到0.00025％漂移率的設(shè)計(jì)。冷卻系統(tǒng)中的泄漏稱為損失（L）。以下等式顯示了補(bǔ)充與蒸發(fā)，排污，漂移和任何其他損失之間的關(guān)系。
MU = E + BD + D + L公式4
對(duì)于設(shè)計(jì)合理且運(yùn)行良好的塔，后兩項(xiàng)幾乎可以忽略不計(jì)，因此塔的需水量基本上是蒸發(fā)和排污的函數(shù)。返回方程式3，下圖說明了圖2中所示塔的排污速率與濃度循環(huán)的關(guān)系。
顯而易見，曲線是漸近的，并且隨著C的增加，較高循環(huán)中的排污減少量急劇下降。作者已經(jīng)看到了不止一套規(guī)格，設(shè)計(jì)工程師選擇了較高的濃度循環(huán)，似乎沒有考慮從而將由此產(chǎn)生的節(jié)水效果降至最低。由于高濃度的水垢和腐蝕誘導(dǎo)雜質(zhì)，確實(shí)發(fā)生了關(guān)于水處理化學(xué)的巨大挑戰(zhàn)。