冷却塔是集空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、静、动态结构力学,加工技术等多种学科为一体的综合产物。水质为多变量的函数,冷却更是多因素,多变量与多效应综合的过程。冷却塔按水与空气相对流动状况不同,不同类型冷却塔优、劣,是冷却塔业界在学术上长期争论不休的问题,这种争论有力地促进了冷却塔的技术的发展,在争论中各自扬长避短,使冷却塔技术不断完善,向节能降耗,提高效率,降低投资等目标不断技术进步。冷却塔热力性能好坏、噪声高低、耗电大小、漂水多少是衡量冷却塔品质优劣的关键,是用户及设计师在选用冷却塔时反复考察比较中最观注的焦点。
一、逆流塔:
1、水在塔内填料中,水自上而下,空气自下而上,两者流向相反一种冷却塔。
2、逆流冷却塔热力性能好、分三个冷却段:
①布水器到填料顶这一空间,此段的水温较高,所以仍可将热量传给空气。
②填料水与空气热交换段。
③填料至集水池空间淋水段,水在此段被冷却称之为“尾效”。在我国北方水温可下降1-2℃。综上所述,逆流塔比横流塔在相同的情况下,填料体积小20%左右,逆流塔热交换过程更合理冷效高。
3、配水系统不易堵塞、淋水填料保持清洁不易老化、湿气回流小、防冻化冰措施更容易。多台可组合设计,冬季以所需的水温水量可合并单台运行或全部停开风机。
4、施工安装检修容易、费用低,常用在空调和工业大、中型冷却循环水中。
二、横流塔:
l、水在塔内填料中,水自上而下,空气自塔外水平流向塔内两者流向呈垂直正交一种冷却塔。常用在噪声要求严格的居民区内,是空调界使用较多的冷却循环塔。优点:节能、水压低、风阻小、亦配置低速电机、无滴水噪声和风动噪声,填料和配水系统检修方便。
2、可随建筑形状随意构筑基础多台放置,根据所需的水温分别启动单台或多台冷却塔。
3、应注意的是:框架要多40%热交换时要有较多的填料体积,填料易老化、配水孔易堵塞、防结冰不好、湿气回流大。横流塔的优点正是逆流塔的缺点。
三、喷雾通风无填料冷却塔:
采用独特的喷雾喷嘴安装在冷却塔底上部进风处,有喷雾自旋无电机送风和塔顶排风两种方式。将热水经喷嘴内旋片时产生内旋流形成细微雾状化喷出,使雾状存在、向上喷顺流亦下落逆流两个冷却时效。雾化均匀无中空现象,冷却效果稳定、电能消耗低、漂水率0.01%,不用填料、造价低寿命长,符合GB7190.1-1997国家标准。使用范围冶金、食品、化工、高浊、高温、防腐冷却塔。
四、封闭式冷却塔
1.封闭式冷却塔是传统冷却塔的一种变形和发展。它实际上是一种蒸发式冷却塔,冷却器和湿式冷却塔的组合,它是卧式的蒸发式冷却塔,工艺流体在管内流过,空气在管外流过,两者互不接触。塔底蓄水池内的水由循环泵抽取后,送往管外均匀地喷淋下来。与工艺式流体热水或制冷剂和管外空气并不接触,成为一种封闭式冷却塔,通过喷淋水增强传热传质的效果。
2.封闭式冷却塔适用于对循环水质要求较高的各种冷却系统,在电力、化工、钢铁、食品和许多工业部门有应用前景。另一方面,与空冷式热交换器相比,蒸发式冷却塔利用管下侧水的蒸发潜热,使空气侧传热传质显著增强,也具有明显的优点。
第二、冷却塔的设计探讨
一、塔体研究
1、冷却塔导风装置:
①导风板:导风板指设置在进风口上部的导风装置,其作用是为了使进风口上缘成平滑状,避免在靠近进风口上部产生涡流区,以消除进风口处的直角引起的尖端效应。
但在下述情况不可不设导风板:
a、淋水装置支撑梁底与进风口上部标高一致时;
b、当h/L之比大于0.6或进风口风速在4m/s以下时;
②进风口百叶窗:试验证明进风口百叶窗的设置会使用风量明显下降至94%,总阻力系数增加22.5%,进风口上缘涡流区明显增加,使塔内气流分布恶化,设计中不应考虑。
2、风机导风装置:
①风机进口前收缩段高度:气流在收水器以上的空间逐渐收缩进入风机风筒,这一段称之为收缩段,当收缩段高度不够时,在收水器上面会产生空气涡流区,并在淋水装置内产生反气流,加大了塔内空气阻力,降低冷却效果,因此在冷却塔设计中应保证收缩段之高度。设h’-收缩段高度,d-风机直径。试验证明:收缩段相对高度h’/d不小于0.5-0.6。
②风机进风口导流设施:a、风机进风口除保证足够的收缩段之外,还可设置导流设施,以避免塔内收缩段处四角产生涡流区。导流设施有使收缩段气流均匀分布,减少动能消耗的作用。b、导流设施有三种形式:上圆下方的棱台型、圆弧型、维式曲线型,其中以维式曲线型效果最好。钢丝网石棉水泥和钢筋混凝土薄板拼装的棱台型已在新建塔的设计中采用,维式曲线型的玻璃钢导流圈由于制作安装方便。一般在老塔改造中使用。
3、动能回收型风筒:
风筒扩散段是将通过塔内的空气以一定速度送入大气中,降低风筒出口气流速度可以提高风机工作风量或减少风机运行轴功率。在这个意义上讲,风筒出口面积越大空气速度越低,但空气的扩散是遵守一定规律的,若设计不合理,就会出现气流离壁、产生涡流、增大阻力;若风筒太高又不经济。因此,只有合理线型才能保证在风筒高度较低的条件下,设计成达到动能回收目的的风筒,才是最合理的风筒。大风筒按高度分为三段:①进风口集气段,一般为1.2-2m,其线型最好按维氏议议方程或抛物线求出。②喉部直线段,一般为0.3-0.5m高,此段主要是满足叶片最大安装角度、叶片工作有足够高度要求。其上端应高出叶片中线200mm以上。⑧扩散段,呈喇叭状,线型与铅垂线夹角宜取9°,当出塔风速大时宜夹角小些。扩散段的高度宜取(0.35~0.5)D,D为风机直径。目的将湿空气排到风筒以上8-10m。
二、配水装置:
1、配水的均匀性对冷却塔效果的影响不可忽视。在大中型冷却塔一般采用固定式配水方式,固定式配水有管式配水和槽式配水两种。在逆流塔中采用槽式配水会占据相当一部分面积,且当气流通过水槽处时绕流分离,消耗动能,增加通风阻力,因此在逆流塔设计中应用管式配水。
2、采用的有渐伸式喷咀、环式喷咀、瓶式喷咀;引进塔有美国马利公司的新型靶式喷咀,法国式花兰喷咀等,其中多层流式效果较好,它喷溅的水滴较细,呈立体球状水滴群。配水较均匀,且无空白中心和空白环带,其缺点是向上喷洒高度大约500~600mm。设计时应注意避其短。最近几年反射型喷咀由于配水性能优越得到了广泛应用,是目前新型的配水喷咀,供水压力设计在0.5kg/c㎡。(布水管处1.5米水柱)
3、横流塔宜用池式配水,其上设有消能配水头,配水池应有足够的深度,其中水深为喷嘴直径的6倍以上,水面以上设一定的保护高度,大塔为100mm,小塔可酌减。
三、收水器:
设置收水器的目的是为了收除风筒出口飘逸的水滴,减少飘逸对环境的影响和水量损失。目前效果较好的PVC多维波收水器已在设计中广泛应用,收水率1/1000低速时略考虑。
四、填料:
填料是冷却塔散热的主要部件。“比表面种”要大、对水和气流的分配能力大、散质系数Ka和冷却系数Ω要大、气流阻力△P/r要小,按填料形式分,有点滴式和薄膜式。薄膜式的热力性能好、体积小、造价低。点滴式的热力性能差,但它不易堵塞、粘挂、当水质差时也能适应。
第三、我们对冷却塔的制造作法
一、民用冷却塔节能与噪声控制:
1、冷却塔热力性能好坏、噪声高低、耗电大小、飘水多少是衡量冷却塔品质优劣的关键,也是设计部门和用户共同关注的焦点。新一代冷却塔获五项专利技术,已广泛应有在因噪声、飘水而禁用的一类文教居民区内。
2、①降低冷却塔能耗应在塔出风口处设置导风筒可提高风量、回收动压。
②超低噪声冷却塔风机是一种宽叶、大弦长、空间扭曲、弯掠结合的新叶型,具有较高的压力系数和流量系数,在较低转速的前提可达到较高的风压、风量值。
⑨单速电动机是在浪费电能情况下工作,最合理的是随气温改变而改变电动机转速,应采用“变扭矩变极调速”电动机每年节省电耗大于52%,夜间降低噪声5dB(A)。
④关于噪声问题:“城市区域环境噪声标准”GB3096-93作了明确规定。冷却塔噪声主要来自风机、淋雨区、减速机、电动机及支架。风机噪声属低频噪声在空气中不易衰减,淋水噪声属高频易衰减。声动公率式:W:ΠPZD2U6/1680C3得知风机的声动率与调速的6次方成正比,与直径的2次方成正比。
⑤风机叶片径向扭曲采用先进的可控涡设计方法使叶顶和中区充量大于叶根流量的辐射声源位差、降低涡流噪声和尾迹宽频噪声。
⑥我们做法是:
a、根据不同区域噪声要求,对不同类型冷却塔进行阻力计算、压力计算,热力试验后,选配各种“专业型风机和电动机”;
b、噪声要求严格地区采用变频调速电动机;
c、可设置*或屏蔽遮拦噪声;
d、在冷却塔出风口处设置“虾米腰”,将噪声导向不受影响区域。
e、在淋雨区底部加消声垫进行“淋水”声控达到住宅环境噪声最大限制允许值。
f、钢框架依GB50205-98《钢结构工程施工及验收规范》冷却塔行业规范焊接,符合GB9787-88标准,安装后挠力振动频率在8-16HZ属低频,冷却塔自振频越高说明框架的钢性越好。
h、售后服务:1、玻璃钢件保用15年;2、钢框架保用15年;3、热力性下降值不超过给出的5%;4、冷却塔其它构筑件常年“服务门到门、岗对岗”;5、承担质量索赔退货及延误罚金。
i、本公司始终奉行高品质、低廉产品。已规范化、标准化、科学化,以完善的售后追踪服务确保产品出厂合格率100%,售后服务满意率100%的宗旨。
二、倒装减速机用在“工业”冷却塔上:
冷却塔行业大多采用皮带减速机、齿轮减速机、外传动减速机为风机动力源,称为顶置式减速动力机;
①皮带易损、伸长、打滑、效率低、寿命短;
②齿轮减速机及外传动减速机、噪声高、轴长易弯曲跳动运行不稳定;
③冷却塔壳体载荷加重造成塔体晃动,运行久之塔体变形。
④倒装减速机采用了准双曲面圆锥齿轮,作用于齿轮的荷载从进入啮合到脱离啮合是逐渐增加逐渐减少的。所以噪声低、运转平稳、效率高、承载能力大、传动比大、结构紧凑;
⑤与其它齿轮传动的减速机相比较机体重量不再由冷却塔承受,可以减薄塔壁,降低制造成本;
⑥得益于冷却塔的屏蔽作用,比同规格的行星齿轮减速机噪声降低8分贝,比皮带式减少5分贝。可延长寿命10年之久。
第四、冷却塔急待解决的问题
我国是一个严重缺乏淡水的国家,节约用水势在必行。随着冷却塔制造业发展日新月异,活跃的冷却塔市场竞争日益激烈,近年来有些国内外冷却塔厂商不依照冷却塔设计标准、制造标准、验收方法、性能测试标准,不执行冷却塔的选型、验收和使用规定。对用户不负责的改用不少代用材料“粗制滥造”均不合理的配用电动机、风机用小充大进行不正当欺诈性竞争,甚至用伪劣配件组合后向用户兜售的“马路游击商”遍布河北、山东、广东等地。这样把利留给自己、把祸转嫁他人的作法比比皆是。因许多用户也不懂,也没有检查是否合格的手段,安装上试机能降温也就认可了。导致很多冷却塔安装后因噪声扰民、热力性能不够、严重漂水,经常坏机等原因再次投资改造,增加用户负担,用户应注重这些隐蔽以借鉴。只有打掉邪气,使冷却塔在公平合理的条件下有序竞争,才能达到冷却塔事业发达。
l、上述固然有利于竞争,促进技术进步价格合理。经过实践发展冷却塔行业急需改进的地方:
①冷却塔风筒型式与尺寸。
②冷却塔风机的选择。
③风机与塔壁径向间隙。
④小型塔风机与塔体出风口安装位置。
⑤冷却塔布水器与喷咀的选择。
⑥填料与塔类型配制形势。
⑦冷却塔增设除水器的种类选择。
⑧冷却塔构筑件合理与标准选择。
⑨国内外大多数横流塔热力性能不够等等。
2、鉴于冷却塔存在上述问题,为了提高玻璃钢冷却塔技术水平,为了节省设备的原材料和工程投资,迫切需要清理、整顿中小型玻璃钢冷却塔的技术市场和生产现状。整顿玻璃钢冷却塔市场,首先从技术上着手。这包括统一玻璃钢冷却塔分类、规格、制造标准图和技术要求。对现有的中小型玻璃钢塔的制造厂家重新进行资格审查。对那些根本无技术力量、无设备、无合格合法图纸的厂家要取消其生产资格。对制造条件缺乏的、不足的要限期整顿。应实行生产许可证与行业标准制度。标明其生产范围、塔的种类、规格、使用标准图纸号,并定期由国家有关部门从用户或等待出厂外运产品中取出样塔进行检查、测试的审合平定实施方案。