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冷却塔的一些计算和效率提升方法

发布时间:2021-08-25 14:40:47

冷却塔的一些计算和效率提升方法

  冷却塔效率在提高商业和工业冷却系统的整体效率方面起着相当重要的作用。冷却塔是这些系统中不可或缺的组成部分,无论是用于办公楼的商用系统还是用于炼油厂的工业系统,因此,维护和进一步提高其效率即使不是至关重要的,也是非常有益的。

  冷却塔由具有各种功能的不同部件组成,其适当的性能与冷却过程的整体性能相对应。除了塔部件的条件外,冷却塔的效率主要取决于气候条件,特别是环境空气的相对湿度及其湿球温度。

  在设计冷却塔时,会考虑一些因素。这些因素包括湿球温度、冷却范围、接近湿球温度的方法、水循环率、通过塔的空气通道的空气速度,当然还有塔的高度。这些设计参数对冷却塔的效率起着重要作用。

  关于冷却塔效率的第一件事

  有两个因素是冷却塔效率的重要指标:补给水质量和浓缩循环 (COC)。这些因素也将有助于确定冷却塔的效率是否有提高的空间。

  塔中用于冷却过程的水在排放之前通过设备循环多次,而 COC 是一个数字,用于量化可能有多少循环。它被认为是冷却塔效率的主要指标。

  浓缩循环的最佳值在很大程度上取决于当地的水质。因此,了解化妆水的成分很重要。这些信息可以通过对水进行一些化学分析来提取,这可能由供水方报告,或者通过水处理部门的分析。

  补充水中的杂质会导致形成一些水垢,这与水成分数据一起有助于找到最大的 COC。

  通过了解推荐的最大 COC,人们可以通过将最佳 COC 与当前 COC 进行比较来简单地确定是否存在提高冷却塔效率的机会。现在,如果当前的 COC 接近其最佳值,一些水处理技术(例如过滤系统和软水器)可能有利于将浓缩周期增加得更高。

  现在,让我们继续进行有关冷却塔效率的科学计算的一些细节。

  冷却塔热效率计算

  影响冷却塔效率计算的因素有两个,即冷却塔的范围和接近。如前所述,塔的效率与环境湿球温度高度相关。理想情况下,冷水温度应等于该湿球温度。

  当然在这个词中没有什么是完美的,在这种情况下是这样的,因为这样的理想情况只能通过拥有一个非常大的塔来实现,不仅不可行,而且还有其自身的问题,例如大量的蒸发和风阻(在接下来的部分中将详细介绍这一点)。

  冷却塔方法

  冷却塔方法是塔出口冷水温度与环境湿球温度之间的差值。该措施是影响冷却塔效率的重要因素之一。

  方法 = 冷水温度 - 湿球温度

  冷却塔系列

  冷却塔效率的另一个指标是冷却塔范围,它是用冷却塔入口的热水温度减去塔的出口水温计算得出的。

  范围 = 热水温度 – 冷水温度

  塔效率

  通过计算冷却塔的范围和方法,很容易得出冷却塔的效率。塔的效率等于冷却水温与热水温度与环境湿球温度之差的百分比。因此,它可以重写如下:

  冷却塔热效率 = Range/(Range + Approach)x 100

  从上式可以看出,冷却塔的效率与其环境的湿球温度呈负相关。由于湿球温度随温度升高而升高,因此较热的气候会导致冷却塔效率降低,这与直觉相符。

  其他与冷却塔效率相关的计算

  浓度周期

  如前所述,水的成分有助于冷却塔水的最大浓缩循环。因此,COC 被定义为一个无量纲数,表示冷却水中某些矿物质对应的参数与补充水中该参数的比值。

  可以通过以下任何公式计算浓缩周期。

  COC = 冷却水中的二氧化硅 / 化妆水中的二氧化硅

  或者

  COC = 冷却水中的钙硬度/补给水中的钙硬度

  或者

  COC = 冷却水电导率 / 补给水电导率

  最好减少塔中的补充水量,因此 COC 值越高越好。虽然这是真的,但对于相同数量的补充水,更高的 COC 意味着传热组件结垢和结垢的机会增加。因此,最佳 COC 是传热质量和补充水要求之间的折衷。

  蒸发损失计算

  蒸发损失可以通过以下公式计算,该公式源自整个塔的能量平衡计算:

  蒸发损失 = COC x Range x Cp / Hv

  在哪里

  Hv= 水的汽化潜热 = 2260 kJ / kg

  Cp= 水的比热 = 4.184 kJ / (kg.°C)

  或从以下经验得出的方程:

  蒸发损失 = 0.00085 x 1.8 x 范围 x 循环水流量

  放气或排污

  当冷却塔中的水在系统中循环时,一些水在此过程中蒸发,增加了溶解在剩余循环水中的矿物质的浓度。当矿物质浓度超过水的饱和点时,结垢将是这种情况的自然结果。

  为了解决由于矿物质浓度高而形成水垢的问题,冷却塔系统中矿物质含量高的部分水被冲下排水管,并在称为冷却塔的过程中同时被淡水替换排污或渗漏。

  所需排污量的计算公式如下:

  随着冷却水在冷却塔中循环,部分水蒸发,从而增加了剩余水中的总溶解固体。给出了控制浓度循环排污。排污是浓度循环的函数。排污量可以通过以下公式计算:

  排污 = 蒸发损失/(COC-1)

  风阻或漂移损失计算

  风阻或漂移损失是通过塔的气流损失的塔水量。该值通常由冷却塔制造商提供,但如果未提供此类信息,则可以假设其数量如下:

  Windage= 0.3% 到 1.0% 的循环水,用于没有除水器的自然通风冷却塔

  风阻= 0.1% 至 0.3% 的循环水,用于不带除水器的引风冷却塔

  如果冷却塔有除水器,风阻= 大约 0.005% 的循环水(或更少)

  如果冷却塔有除水器并使用海水作为补充水,则风阻= 大约 0.0005% 的循环水(或更少)。

  冷却塔补水要求

  通过在整个冷却塔上进行质量平衡并使用上述措施,补充水的需求将是排污、蒸发损失和漂移损失的总和。

  补给水 = 排污 + 蒸发损失 + 漂移损失

  提高冷却塔效率

  当我们寻求提高冷却塔效率的方法时,需要考虑一些因素。尽管如此,一旦确定了需要改进的领域,人们如何量化应用更改对系统的影响并跟踪它们?

  事实是,只能通过其他一些测量来衡量这种改进!例如,应安装水流量计和电导率计来监测和跟踪补给水和排污电导率,以了解 COC 的变化情况。因此,必须考虑一些参考值来评估变化对系统性能的影响程度。

  现在,让我们探索一些有助于提高冷却塔效率的方法:

  缓解排污

  排污会限制冷却系统的性能,在需要提高冷却塔效率时,我们需要解决降低其不利影响的问题。那么这里的问题是如何?

  正如我们在另一篇关于冷却塔效率的文章中所讨论的,您可以在本文开头找到链接,目标是最大限度地减少排污,以获得更高的 COC 值,从而提高冷却塔效率。

  当然,通过降低排污量,化学废物的排放量也会减少,这对环境和运营商的经济状况都是好消息。也可以安排一些流过滤来控制排放到环境中的固体碎片的数量。

  提高冷却塔效率的节水

  冷却塔最重要的经济和环境考虑因素之一是最大限度地减少系统的用水量。因此,节水策略可被视为提高冷却塔效率的重要步骤。

  最佳操作是当浓缩循环处于其可能的最高值时,任何低于该最大值的 COC 都表明存在通过提高 COC 来提高冷却塔效率的空间,从而导致更多的节水。

  再利用废水流

  该设施的一些废水蒸汽可用作冷却水补充,以尽量减少淡水使用量。这种水流可以进行预处理并用作补充水源,而不会对设备造成任何损坏或性能下降。

  这种可重复使用的废水来源因设施而异,但来自水处理厂、锅炉排污、设施设备和地板冲洗、过滤器反冲洗等的处理过的废水可被视为此类。

  冷却塔水处理

  除了重复使用来自其他废水流的处理过的水以增加节水外,还存在处理冷却塔自身水以提高冷却塔效率的可能性和必要性。这里需要考虑的是冷却过程水中矿物质的浓度。

  冷却塔的水可以取自地表水资源,如湖泊或河流,或地下水。除此之外,当水在整个通道中流动以执行其冷却任务时,它会沿途从接触表面带走一些杂质。很明显,这些杂质会导致腐蚀和结垢,从而降低设备的使用寿命。

  冷却塔水处理将有助于消除设备结垢、结垢和劣化的机会,并防止传热表面出现故障。因此,可以通过更先进的水处理技术提高处理后的冷却塔水的质量来提高冷却塔效率。

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