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    了解冷卻塔傳熱的基礎知識

    直通式冷卻塔是上個世紀大型電廠的常見設計特征,因為該工藝可以有效地提供大量的冷卻水,以用于渦輪機排氣蒸汽冷凝和輔助熱交換器冷卻。但是,關于在直通式系統的進水口和排水口處保護水生生物的環境問題已基本消除了現代植物的直通式冷卻。
     
    現在,冷卻塔或其一些變型,例如濕表面空氣冷卻器(開式冷卻塔)或什至是空氣冷卻的冷凝器(閉式冷卻塔),已成為常態。但是,這一發展是在許多新的聯合循環發電廠以及與此相關的其他設施都配備有該行業新手的時候進行的?;玖私鈱τ诶鋮s水和其他系統的正常運行至關重要。
     
    冷卻塔傳熱示意圖

    一、冷卻塔基礎
    為了便于討論,我們將重點介紹最常見的工業冷卻塔
     
    來自工廠換熱器的熱廢水進入塔,然后噴灑在冷卻塔填料上??諝膺M入塔的下部,并以逆流方式接觸水,以幫助最大程度地傳遞熱量。冷卻的水收集在一個集水箱中,以返回到熱交換器,而熱空氣排到大氣中。
     
    冷卻塔中的關鍵組件是填料,它可以進一步幫助最大化空氣/水的接觸。下面顯示了兩種類型,現代飛濺填料和最高效率的薄膜填料。
     
    現代塑料飛濺填料
     
    高效橫紋膜填料
     
    有許多中間選擇,這些選擇取決于預計的冷卻水質量和介質中的結垢可能性,作者將在以后的網站的后續文章中討論這些選擇。
     
    下一部分將研究冷卻塔中的傳熱原理。
     
    二、冷卻塔一些基本的傳熱計算公式
    進氣的相對濕度(RH)為50%,而塔排氣的相對濕度接近100%。該數據有助于說明冷卻塔中的主要傳熱方法是通過蒸發再循環水的一小部分(2-3%)。雖然冷卻塔流量設計的數學可能有些復雜,但是已經開發了幾個簡單的方程式,可以直接估算到冷卻塔的蒸發,排污和補充流量。
     
    蒸發的標準公式是
    E =(f * R * DDT)/ 1000,其中1個
     
    E =蒸發量(單位:gpm)
    R =再循環率,單位:gpm
    DT =冷熱水循環溫度(oF)之間的溫差(范圍)
    | =有助于解釋顯熱傳遞的校正因子,其中|通常介于0.65至0.90之間,夏季上升,冬季下降
    該系數為1,000,是環境條件下水的汽化潛熱(Btu / lb)的良好近似值。根據作者先前所做的一些工作,|對于圖2中的示例,其計算結果為0.78。因此,對于此示例,在150,000 gpm的再循環流量和27o F的范圍內,蒸發速率為3,159 gpm。
     
    理解冷卻塔傳熱的一個非常重要的概念是“濕球”溫度,這是通過蒸發冷卻可以達到的最低溫度。除非相對濕度為100%,否則濕球溫度將始終低于環境溫度或“干球”溫度。因此,冷卻塔實際上總是可以將循環水冷卻到比ACC更低的溫度。在圖2的示例中,入口空氣為68oF,相對濕度為50%時,濕球溫度接近57oF,因此該例中的濕球溫度為77o – 57o = 20oF。對于現代設計良好的冷卻塔,較低的進場溫度很有可能。
     
    三、冷卻塔濃度和水質影響的周期計算
    蒸發量c在冷卻水中使用溶解和懸浮的固體以增加濃度。該濃度因子在邏輯上稱為濃度循環(C或COC)。 C,或者更準確地說,允許的C,隨塔的不同而變化,這取決于幾個因素,包括補充(MU)水化學,化學處理程序的有效性以及對補充或排放量的潛在限制。用于計算濃度循環的代數方程為:
     
    C = MU / BD方程2
     
    比較補充液和循環水中常見離子(例如氯離子或鎂離子)的濃度將確定濃度循環,但是在現場計算C的常見方法是在線測量排污(BD)和補充液(MU)電導率。測量允許瞬時排污調節,以保持所需的C值。在所有情況下,濃縮循環都有一個臨界點,即使進行了良好的化學處理,進一步的濃縮也會導致冷卻系統結垢或腐蝕。
     
    排污與蒸發的比率由以下方程式概述:
    BD = E /(C – 1)式3
     
    除排污外,冷卻塔風扇排氣中的細小水滴也會排出一些水。這種失水現象稱為漂移(D)?,F代除霧器可以將漂移降低到再循環率的0.0005%,Brentwood Industries提出了一種達到0.00025%漂移率的設計。冷卻系統中的泄漏稱為損失(L)。以下等式顯示了補充與蒸發,排污,漂移和任何其他損失之間的關系。
     
    MU = E + BD + D + L公式4
     
    對于設計合理且運行良好的塔,后兩項幾乎可以忽略不計,因此塔的需水量基本上是蒸發和排污的函數。返回方程式3,下圖說明了圖2中所示塔的排污速率與濃度循環的關系。
     
    顯而易見,曲線是漸近的,并且隨著C的增加,較高循環中的排污減少量急劇下降。作者已經看到了不止一套規格,設計工程師選擇了較高的濃度循環,似乎沒有考慮從而將由此產生的節水效果降至最低。由于高濃度的水垢和腐蝕誘導雜質,確實發生了關于水處理化學的巨大挑戰。
     

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