CN109063342B - 一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法 - Google Patents

一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，首先确定环境气象条件：环境大气压Pa，kPa、环境空气干球温度θ，℃、环境空气湿球温度τ，℃，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d，该设计提高水的循环利用率，降低工业用水量，并且可以有效的降低冷却塔起雾对城市景观以及交通的影响，对大量现存冷却塔的消雾改造是最经济实用的方法。应用本计算方法可以精确的计算现有塔改造所需的参数，为现有塔消雾改造提供填料尺寸、消雾模块的尺寸、阻力校核、消雾效果分析、风机选型、冷却塔外形尺寸及经济效益计算。

Description

一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法
技术领域
本发明是一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，属于冷却塔领域。
背景技术
现有技术中，机械通风冷却塔广泛应用于石油、化工、冶金、民用制冷等行业。节水和高效用水对国家经济和社会发展至关重要。研究工业节水问题，开发新的节水技术，提高水的循环利用率，降低工业用水量，具有重要的现实的意义。另一方面，人们对环保的要求日益提高。冷却塔起雾严重破坏城市景观及可见度，对交通产生影响，在机场附近影响飞机起降。新型干湿联合式消雾塔是有效可行的设计方案。消雾型冷却塔的精确设计对冷却塔的消雾至关重要。直接影响消雾最终效果和投资额，所以需要一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明使用方便，消雾效果好，节水性能高。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，包括如下步骤：
(1)确定环境气象条件：环境大气压Pa，kPa、环境空气干球温度θ，℃、环境空气湿球温度τ，℃，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
(2)确定冷却任务：单塔循环水量Q，m3/h、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
(3)确定干、湿区冷却任务的分配；
(4)确定干区翅片管的尺寸、数量、布置方式，确定其热力特性及阻力特性；
(5)干区热力计算：假定干区风量Gd，计算循环水温度直到满足步骤(3)确定的循环水温降ΔTd要求；
(6)干区阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤(4)确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd；
(7)确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性
Figure GDA0004139148580000021
N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比，阻力特性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0，ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度；
(8)湿段热力计算：首先假定湿段气水比λ，通过步骤(7)确定的填料特性和步骤(1)确定的环境风参数、步骤(2)步骤(3)确定的湿段冷却任务，计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数
Figure GDA0004139148580000031
其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
(9)通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t；
(10)湿段阻力计算：根据步骤(7)确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
(11)通过干、湿段风量和出口参数计算冷却塔出口空气参数温度xo、含湿量to；
(12)塔出口成雾分析：通过步骤(11)确定的环境空气与冷却塔出口空气参数，模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整步骤(4)翅片管尺寸、数量，重新进行以上步骤直到满足消雾条件；
(13)风机选型：根据风量G选定风机型号。
本发明的有益效果：本发明的一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，该设计提高水的循环利用率，降低工业用水量，并且可以有效的降低冷却塔起雾对城市景观以及交通的影响，对大量现存冷却塔的消雾改造是最经济实用的方法。应用本计算方法可以精确的计算现有塔改造所需的参数，为现有塔消雾改造提供填料尺寸、消雾模块的尺寸、阻力校核、消雾效果分析、风机选型、冷却塔外形尺寸及经济效益计算。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法的流程图；
图2为本发明一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法中消雾模块的安装图；
图3为本发明一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法中的成雾分析图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，包括如下步骤：
(1)确定环境气象条件：环境大气压Pa，kPa、环境空气干球温度θ，℃、环境空气湿球温度τ，℃，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
(2)确定冷却任务：单塔循环水量Q，m3/h、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
(3)确定干、湿区冷却任务的分配；
(4)确定干区翅片管的尺寸、数量、布置方式，确定其热力特性及阻力特性；
(5)干区热力计算：假定干区风量Gd，计算循环水温度直到满足步骤(3)确定的循环水温降ΔTd要求；
(6)干区阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤(4)确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd；
(7)确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性
Figure GDA0004139148580000051
N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比，阻力特性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0，ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度；
(8)湿段热力计算：首先假定湿段气水比λ，通过步骤(7)确定的填料特性和步骤(1)确定的环境风参数、步骤(2)步骤(3)确定的湿段冷却任务，计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数
Figure GDA0004139148580000052
其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
(9)通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t；
(10)湿段阻力计算：根据步骤(7)确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
(11)通过干、湿段风量和出口参数计算冷却塔出口空气参数温度xo、含湿量to；
(12)塔出口成雾分析：通过步骤(11)确定的环境空气与冷却塔出口空气参数，模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整步骤(4)翅片管尺寸、数量，重新进行以上步骤直到满足消雾条件；
(13)风机选型：根据风量G选定风机型号。
实施例1：确定冷却任务：单塔循环水量Q2500m3/h；循环水进水温度Tw1＝40℃，出水温度Tw2＝30℃；环境气压Pa＝91.9kPa；环境空气干球温度θ＝19.7℃；环境空气湿球温度τ＝17.5℃；
干区翅片管束总散热面积A＝246.8m2，传热单元数NTU＝1.320，温升效率ε＝0.7，干段风量Gd＝1314811m3/h，出口水温td2＝38℃。干区进风口高度Hd＝4.25m，干区进风口宽度Wd＝11.59m，干区阻力ΔPd＝133.42Pa。
所选填料的热力特性N＝An*λMn，An＝2.6，Mn＝0.59，阻力特性Δ9.81ρ1AVCPm，其中A＝0.005·q2-0.028·q+1.29，m＝1.76-0.0006q2+0.0009·q。
假定气水比λ＝0.3514,则湿段风量Gw＝820116m3/h，此时冷却特性数[N]＝2.6λ0.59＝1.403冷却任务数
Figure GDA0004139148580000061
经比较得知1.403>1.402，[N]>N，即表示热力校核合格，迭代出湿热空气出口温度35.27℃。通过阻力系数法计算湿段阻力，假设湿段风速1.693m/s,计算得到湿段流动阻力ΔPd＝湿段阻力+风筒阻力＝133.42KPa；其中湿段阻力ΔPd1＝9.81ρ1AVCPm＝39.04KPa，其中A＝0.005·q2-0.028·q+1.29，m＝1.76-0.0006q2+0.0009·q，计算风机轴功率N’＝167.2,取电机效率η3＝0.92,传动效率η3＝0.96，则电机功率Ne＝189.2，选取电机功率200MW。
根据干段风量Gd＝1314811m3/h，湿段段风量Gd＝820116m3/h，热平衡计算得到出口混合空气的温度Th＝35.27℃，混合空气的含湿量Xh＝0.024Kg/Kg，此公况点与空气参数点在温-湿图上连线在饱和空气线下方，无交叉点，表明消雾合格，具体如图3所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种机械通风干湿联合式消雾冷却塔的设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)确定环境气象条件：环境大气压Pa，kPa、环境空气干球温度θ，℃、环境空气湿球温度τ，℃，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
(2)确定冷却任务：单塔循环水量Q，m3/h、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
(3)确定干、湿区冷却任务的分配；
(4)确定干区翅片管的尺寸、数量、布置方式，确定其热力特性及阻力特性；
(5)干区热力计算：假定干区风量Gd，计算循环水温度直到满足步骤(3)确定的循环水温降ΔTd要求；
(6)干区阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤(4)确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd；
(7)确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性
Figure QLYQS_1
N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比，阻力特性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0，ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度；
(8)湿段热力计算：首先假定湿段气水比λ，通过步骤(7)确定的填料特性和步骤(1)确定的环境风参数、步骤(2)步骤(3)确定的湿段冷却任务，计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数
Figure QLYQS_2
其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
(9)通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t；
(10)湿段阻力计算：根据步骤(7)确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
(11)通过干、湿段风量和出口参数计算冷却塔出口空气参数温度xo、含湿量to；
(12)塔出口成雾分析：通过步骤(11)确定的环境空气与冷却塔出口空气参数，模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整步骤(4)翅片管尺寸、数量，重新进行以上步骤直到满足消雾条件；
(13)风机选型：根据风量G选定风机型号。
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