冷却塔的基本原理与类别

一、冷却塔的基本原理与类别

 

   

冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。是以水为循环冷却剂，从一个系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内温度，制造冷却水可循环使用的设备。

在湿式冷却塔中，热水的温度高，流过水表面的空气的温度低，水将热量传给空气，由空气带走，散到大气中去，水向空气散热有三种形式： ① 触散热； ② 蒸发散热； ③ 辐射散热。 冷却塔主要靠前两种散热，辐射散热量很小，可勿略不计。  

蒸发散热原理 蒸发散热通过物质交换，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量有水温决定，在水表面附近一部分 动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小。  

因此，水温降低，这就是蒸发散热，一般认为蒸发的水分子首先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律，可用下图表示此过程。  

   

     

   

1、冷却塔的基本结构 ? 支架和塔体：外部支撑 ? 填料：为水和空气提供尽可能大的换热面积 ? 冷却水槽：位于冷却塔底部，接收冷却水 ? 收水器：回收空气流带走的水滴 ? 进风口：冷却塔空气入口 ? 淋水装置：将冷却水喷出 ? 风机：向冷却塔内送风 ? 轴流风扇用于诱导通风冷却塔。 ? 轴流/离心风扇用于强制通风冷却塔。 ? 冷却塔百叶窗：平均进气气流；保留塔内水分。  

   

     

   

2、冷却塔种类及其优缺点 自然通风冷却塔：密度较小的热空气自冷却塔顶部流出，密度较大的冷空气自塔底部进入冷却塔填补，不需风机，混凝土塔<200 m，用于大热量的冷却。  

   

     

机械通风冷却塔：大功率风机强制空气与循环水的换热，填料表面的水膜可以最大限度地与空气进行换热；冷却效率的决定因素有很多，多种冷却能力备选，可以多冷却塔同时工作。  

空气由离心风扇吹入通风口；优势：适用于气流阻力较大的塔体；离心风扇噪声相对较小。  

   

     

逆流冷却塔：冷却水被喷淋在填料上，向下流入冷却水槽。空气从底部强制吹入，在填料内与水接触蒸发部分冷却水，从而降低水温。  

诱导通风冷却塔：有横流式诱导通风冷却塔，逆流式诱导通风冷却塔。优势在于回流程度低于强制通风冷却塔；风机运行费用小于强制通风冷却塔。劣势在于风扇与电机的机械传动需要防水设计。  

诱导通风冷却塔热水从顶部进入冷却塔，空气通过风扇强制诱导，从底部进入冷却塔；使用强制诱导风扇。冷却水从顶部进入，流经填料层；空气从一侧或两侧进入，诱导风机使空气横向流过填料层。  

   

     

   

二、冷却塔的选型  

应测量的参数：空气湿球温度、空气干球温度、冷却塔进水温度、冷却塔出水温度、排气温度、泵和电机运行参数、水流速度、空气流速；  

运行参数：冷却水温差、冷幅、效率、冷却塔容量、补给水量、冷却水流量、选型、冷却塔选型设计问题。  

1.冷却水温差：入口温度—出口温度大温差 = 高性能 2.冷幅：冷却塔出水温度与入口空气湿球温度的差值：小冷幅 = 高性能 3.效率：  

   

4、冷却塔容量： 冷却塔容量单位为“千卡每小时”或者“冷吨”； 冷却塔容量=冷却水质量流量×水的比热容×温差； 大容量=高性能  

5、补给水量计算 蒸发损失水量（E） E = Q/600 = （T1-T2）*L /600 E 代表蒸发水量 (kg/h) ； Q代表热负荷(Kcal/h)； 600代表水的蒸发潜热(Kcal/h)； T1代表入水温度(℃)； T2代表出水温度(℃)； L代表循环水量(kg/h)。  

6、补给水量计算： 飞溅损失水量（C） 冷却塔之飞溅损失量依冷却塔设计型式、风速等因素决定之。一般正常情况下，其值约等于循环水量的0.1~0.2%左右。  

定期排放水量损失（D）
定期排放水量损失须视水质或水中固体浓度等因素决定之。一般约为循环水量之0.3%左右。 M=E+C+D 蒸发损失水量（E）；飞溅损失水量（C）；定期排放水量损失（D）。 冷却塔用于空调时，温度差设计在5℃，此时冷却塔所须之补给水量约为循环水量的2%左右。  

7、冷却水流量 K·Q=C·M·ΔT K:估算系数 Q:机组最大制冷量 C:水的比热容 ΔT:供回水温差 M:冷却水质量流量 压缩式制冷机组最大制冷量的1.3倍； 吸收式制冷机组（溴化锂）制冷量的2.5倍。  

选型举例：例题：一项用一台640RT机组的工程冷却塔水流量和补水量。 Q=640RT=2251KW K=1.3 C=4.2KJ/(kg·℃)  

ΔT=5℃  

     

补水量m=M·2％=140kg/s·2％=2.8kg/s  

三、冷却塔选型常设计常见的问题  

问：冷却塔耗能的决定因素？ 答：风机功率，冷却水流量，冷却水补水量？  

问：冷却塔的温度工况，什么温度下效率经济型好？ 答：冷却塔的进水温度根据使用情况的不同有所不同，例如中央空调冷凝器的出水温度一般为30-40℃，而冷却塔的出水温度一般为30℃。冷却塔理想冷却温度（回水温度）最佳温度为高于湿球温度2-3℃，这个值叫“逼近度”，逼近度越小，冷却效果越好，冷却塔越经济。  

问：开式和闭式对比有什么不同？  

答：开式首期的投入比较的少，但是运营成本较高（水耗、电耗）。闭式本设备适合在干旱、缺水、沙尘暴频发地区等恶劣环境中使用。能冷却介质多水、油类、醇类、淬火液、盐水及化学液等多种介质，介质无损耗和成份稳定。能耗低。缺点在于闭式冷却塔造价为开放式塔的三倍。  

三、安装、配管、操作与常见故障  

冷却塔噪音来源： 风机噪音：其噪声主要是由机械噪声和流体噪声组成； 电机噪声：其主要电机运转时的电磁声； 通风噪声：其主要有塔体内外空气流体噪声和塔体共振噪声。  

   

        

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