CN110414070B - 机械通风冷却塔热气回流影响评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法，提出一种机械通风冷却塔热回流对进风口空气干球温度和湿球温度的影响分析方法，且该方法将热回流率参数纳入分析方法中，使得进风口空气的干球温度和湿球温度修正值与热回流率相关，从而能够更准确地分析热回流的影响。本发明可为机械通风冷却塔的工程设计提供参考。

Description

机械通风冷却塔热气回流影响评估方法

技术领域

本发明涉及一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法，更具体地，涉及一种考虑热回流率条件下进风口空气干球温度和湿球温度的修正方法。

背景技术

机械通风湿式冷却塔及其塔群广泛应用于火、核电厂。通常情况条件下，工程中所需冷却塔数量较多，并采用多排布置方式。当冷却塔设计或者布置不合理时，很容易发生热气回流等不利现象，进而降低冷却塔的冷却性能。热气回流现象，是指冷却塔出口的湿热空气，在外界环境影响下重新回到冷却塔的进风口，如图1a所示。这将导致进风口空气的干球温度和湿球温度升高，从而降低了冷却塔的冷却性能。

为了表征热回流的程度，定义了热回流率，如式(1)所示

式中：

φ——热回流率；

θ₀——环境空气的干球温度，℃；

θ₁——冷却塔进风口空气的干球温度，℃；

θ₂——冷却塔出口空气的干球温度，℃。

计算热回流率有两种方法，一种是利用经验公式，一种是利用三维数值模拟方法。由于热回流率只能表征热回流现象的程度，但开展冷却塔冷却性能分析，须知热回流对进风口空气干球温度和湿球温度的影响，即需修正进风口空气的湿球温度。目前，对进风口空气湿球温度的修正方法中，并没有考虑回流率，因此该修正方法给出的修正值不准确，甚至在某些工程中存在错误。为此，需要建立一个冷却塔进风口空气干球温度和湿球温度修正方法，且该方法依赖回流率，从而为进一步评估热气回流对冷却塔冷却性能影响提供条件。

发明内容

目前由于热回流导致冷却塔进风口空气干球温度和湿球温度变化的分析方法中，没有考虑热回流率，导致分析结果存在不准确、甚至错误的问题。针对上述问题，本发明提出了一种机械通风冷却塔热回流对进风口空气干球温度和湿球温度的影响分析方法，且该方法将热回流率参数纳入分析方法中，使得进风口空气的干球温度和湿球温度修正值与热回流率相关，从而能够更准确地分析热回流的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法，包括步骤：

(1)输入初始条件，包括环境大气压、初始环境空气干球温度、初始环境空气湿球温度、冷却塔填料冷却数、冷却塔填料断面风速、淋水密度、冷却塔进水温度、冷却塔热回流率；

(2)初始化进风口空气干球温度和进风口空气湿球温度；

(3)进行冷却塔热力计算，输出冷却塔出水温度，并进一步输出冷却塔出口空气干球温度和冷却塔出口水蒸气质量分数；

(4)考虑热回流，输入修正条件，修正冷却塔进风口空气干球温度和进风口空气水蒸气质量分数；

(5)根据修正条件，得到修正后的进风口空气干球温度和进风口空气湿球温度修正值；

(6)判断进风口空气湿球温度相邻迭代修正值变化幅度是否小于设定的阈值：若否，则返回步骤(3)；若是，终止计算，输出进风口空气干球温度和进风口空气湿球温度修正值以及冷却塔出水温度。

本发明建立热气回流影响分析模型，给出了热气回流影响评估方法，可用来分析热气回流对冷却塔出水温度、进风口空气干球温度和湿球温度的影响。研究结果可为机械通风冷却塔的工程设计提供参考。

附图说明

在下文中将参照附图更完全地描述本发明的一些示例实施例；然而，本发明可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本发明的一些示例实施例，并用于解释本发明的原理和方面。

图1a为热回流示意图。

图1为根据本发明的一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法的流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，本发明的某些示例性实施例简单地通过例示的方式被示出和描述。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。因此，图和描述将被视为在本质上是例示性的，而不是限制性的。

下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明的一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法。如图1所示，为了比较热回流率的影响，定义不考虑回流影响分析结果为初始值；利用回流率对气象条件进行修正，仅迭代一次后所获得修正值为一次修正值，利用回流率，采用多次迭代，在出水温度不再发生变化后，获得的值为最终修正值。

符号意义

回流率定义：

下标1表示进风口，下标2表示出口，下标0表示环境，下表f表示填料参数。

θ表示干球温度，τ表示湿球温度，

上标”表示饱和蒸汽压，例如温度t对应的饱和蒸汽压p”_t，计算式如下：

φ——热回流率；

θ₀——环境空气的干球温度，℃；

θ₁——冷却塔进风口空气的干球温度，℃；

θ₂——冷却塔出口空气的干球温度，℃。

p_a——环境大气压，Pa；

p_v——水蒸气的分压，Pa；

p_θ——干空气的分压，Pa；

M——水蒸气质量分数，kg/kg；

χ——空气的含湿量，kg/kg；

M_air——空气平均分子量，取28.88；

M_h2o——水的分子量，取18.01。

k——湿度计通风系数，取6.62×10^-5/℃。

λ——计算汽水比，无量纲；

ρ_d——干空气密度，kg/m³；

v_f——填料断面风速，m/s；

q——淋水密度，kg/(m²·s)；

N——计算填料冷却数；

A_f,M_f——填料热力性能系数和指数；

i——空气的焓，kj/(kg·℃)；

t1——进水温度，℃；

t2——出水温度，℃；

A，B——系数：

根据本发明的一种机械通风冷却塔热气回流影响评估方法，由以下三部分模块组成。

输入的参数：环境大气压p_a、初始环境空气干球温度θ₀、初始环境空气湿球温度τ₀、冷却塔填料冷却数

冷却塔填料断面风速v_f、淋水密度q、冷却塔进水温度t1、冷却塔热回流率φ。

修正参数：冷却塔进风口空气干球温度和湿球温度

初始化：θ₁＝θ₀，τ₁＝τ₀

一、冷却塔的热力计算

(1)计算水蒸气分压：p_v1＝p_τ1”-k·p_a·(θ₁-τ₁)

(2)计算干空气分压：p_θ1＝p_a-p_v1

(3)计算干空气密度：

(4)计算汽水比λ:

(5)计算填料冷却数N：

A_f和M_f都是填料热力性能系数

(6)计算进风口空气的焓i₁：

(7)计算进水温度t₁对应的饱和焓i”_t1：

(8)假定冷却塔出水温度为t2＝t1+10

(9)计算出水温度对应的饱和焓i”_t2

(10)计算系数A和B：

tm＝0.5(t2+t1)

(11)计算冷却塔出水温度t₂对应的饱和焓i”_t2

(12)计算i”_t2对应的出水温度t2₀：

(13)比较t2₀和t2，如果|t2₀-t2|≤0.01，停止计算，输出冷却塔出水温度t2；否则令t2＝0.5(t2+t2₀)，回到第(9)步重复计算。

二、计算冷却塔出口空气干球温度、水蒸气质量分数

(1)如果是第一次计算，则冷却塔进风口空气干球温度：θ₁＝θ₀

(2)计算冷却塔出口空气的焓：

(3)假定θ₂＝θ₁+20

(4)计算冷却塔出口空气干球温度对应的饱和焓：

(5)比较i₂₀和i₂，如果

停止计算，输出出口空气干球温度温度θ₂；

否则令θ₂＝θ₂-0.01，回到第(4)步重复计算。

(6)计算冷却塔出口水蒸汽的分压：

(7)计算冷却塔出口干空气分压：

(8)计算冷却塔出口含湿量：

(9)计算冷却塔出口水蒸气质量分数：

三、计算冷却塔进风口空气干球温度和湿球温度

(1)计算进风口空气干球温度：θ₁＝θ₀+φ·(θ₂-θ₀)

(2)计算进风口空气中水蒸汽质量分数：M₁＝(1-φ)·M₀+φ·M₂

(3)计算进风口空气含湿量：

(4)计算进风口空气中水蒸气分压：

(5)假定湿球温度τ₁＝θ₁-15

(6)计算水蒸气分压迭代值p_v10＝p_τ1”-k·p_a·(θ₁-τ₁)

(7)比较p_v10与p_v1，假如

开始下一步计算，否则τ₁＝τ₁+0.01，回到第6步。

(8)输出进风口空气干球温度θ₁和进风口空气湿球温度τ₁ 。

(9)回到第一部分重新计算，直到第(8)步获得进风口空气湿球温度相邻迭代修正值变化幅度ΔT小于0.01度，终止计算。

(10)输出进风口空气干球温度θ₁和进风口空气湿球温度τ₁。

Claims (1)

1.机械通风冷却塔热气回流影响评估方法，包括步骤：

(1)输入初始条件，包括环境大气压、初始环境空气干球温度θ₀、初始环境空气湿球温度τ₀、冷却塔填料冷却数、冷却塔填料断面风速、淋水密度、冷却塔进水温度、冷却塔热回流率φ；

(2)初始化进风口空气干球温度θ₁＝θ₀和进风口空气湿球温度τ₁＝τ₀；

(3)根据进风口空气干球温度θ₁和进风口空气湿球温度τ₁进行冷却塔热力计算，假定冷却塔出水温度，计算冷却塔出水温度对应的饱和焓，迭代输出冷却塔出水温度，并进一步假定冷却塔出口空气干球温度，计算冷却塔出口空气干球温度对应的饱和焓，迭代输出冷却塔出口空气干球温度θ₂，进而输出冷却塔出口水蒸气质量分数M₂；

(4)考虑热回流，输入修正条件，修正冷却塔进风口空气干球温度θ₁＝θ₀+φ·(θ₂-θ₀)和进风口空气水蒸气质量分数M₁＝(1-φ)·M₀+φ·M₂，其中M₀为初始环境空气水蒸气质量分数；

(5)根据修正条件，得到修正后的进风口空气干球温度θ₁，根据进风口空气水蒸气质量分数M₁计算进风口空气水蒸气分压p_v1，进一步假定进风口空气湿球温度τ₁来计算进风口空气水蒸气分压迭代值，迭代输出进风口空气湿球温度修正值τ₁；

(6)判断进风口空气湿球温度相邻迭代修正值变化幅度是否小于设定的阈值：若否，则返回步骤(3)；若是，终止计算，输出进风口空气干球温度和进风口空气湿球温度修正值以及冷却塔出水温度。

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