冷卻塔冷卻效率評價(jià)方法(精)

1、冷卻塔冷卻效率評價(jià)方法摘要：利用圖形法和EXCEL電子表格編程，對冷卻塔冷卻效率作出簡單直觀的判 斷,既方便又準(zhǔn)確，大大簡化了計(jì)算程序。關(guān)鍵詞：冷卻塔冷卻效率電子表格編程1前言冷卻塔的熱力計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，手算程序尤其繁瑣，并且還涉及到查表，而目前 市場上雖然有一些商業(yè)性的軟件，但大部分是針對小型玻璃鋼冷卻塔設(shè)計(jì)的， 對于大型的工業(yè)冷卻塔而言，計(jì)算起來誤差較大，并且使用起來不方便，圖形 法分析能省去計(jì)算，但存在只能定性分析而不能定量分析等缺陷，考慮到培差 法計(jì)算是冷卻塔熱力計(jì)算的基礎(chǔ)理論，結(jié)合冷卻塔工藝熱平衡圖，筆者采用 EXCEL電子表格設(shè)計(jì)了熱力計(jì)算程序，只需具備EXCEL編輯公式的能力就可直

2、 接操作，操作簡單，方便實(shí)用。非常適合于從事冷卻塔設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的工程 技術(shù)人員使用。2理論分析(1)Q：冷卻水量，m3/hB xv:容積散質(zhì)系數(shù)，kg/m3hk:蒸發(fā)水量散熱系數(shù)i, i”空氣嬉值，飽和值,kj/kgCw:水的比熱，kj/kgC式(1)中右邊表示冷卻塔的冷卻任務(wù)的大小,稱冷卻數(shù)或交換數(shù)。與設(shè)計(jì)的進(jìn)出 水水溫、溫差以及大氣氣象條件決定的，左邊為選定的淋水填料所具有的冷卻 能力，稱冷卻特性數(shù)，與選擇填料的熱力性能和氣水比有關(guān)，對于給定的冷卻任 務(wù)而言，可以選擇適當(dāng)?shù)奶盍弦约疤盍象w積來滿足冷卻任務(wù)。(1)式右邊可用 1所示的冷卻塔工藝熱平衡形象地表述水與空氣之間的關(guān)系及增差推動(dòng)力。

3、圖1:冷卻塔工藝熱平衡 圖1中AB線為飽和恰曲線，與進(jìn)出水溫度tl和t2有關(guān)，CD線為空氣操作 線，C點(diǎn)對應(yīng)為進(jìn)塔空氣粉，D點(diǎn)對應(yīng)為出塔空氣*含，CD線與取決于大氣條 件、氣水比X以及溫差。其中，tm為平均溫度，。3評價(jià)結(jié)合圖1的原理，利用EXCEL編程計(jì)算冷卻效率，可以簡化查表步驟，既方便 又快捷。圖6：冷卻塔冷卻數(shù)計(jì)算表格的表頭制作首先設(shè)計(jì)如圖6所示的表頭，圖中BH項(xiàng)為設(shè)計(jì)者直接填入數(shù)值,IX項(xiàng)為計(jì) 算機(jī)自動(dòng)顯示值處，下面分步介紹自動(dòng)計(jì)算表格的設(shè)計(jì)。.飽和水蒸汽壓力的計(jì)算計(jì)算飽和水蒸汽壓力式中T=273+ 0 ( 0為空氣溫度C )Pq=98.065X10E (kpa)則相當(dāng)于濕球溫度t的

4、水蒸氣壓力編寫方法是用鼠標(biāo)單擊K6處，然后在如圖 所示的編輯輸入二98. 065*10 (0. 014196-3. 142305*(1000/(273+D6)-1000/373. 16)+8. 2札g(373. 16/(273+D6)-0. 0024804*(373. 16-(273+D6),輸 完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊“Enter”鍵，此 時(shí)相當(dāng)于濕球溫度丁水蒸氣壓力公式編輯完畢。同理，相當(dāng)于干球溫度0的 水蒸氣壓力編寫方法是用鼠標(biāo)單擊L6處，將上式中的D6改為E6即可。.相對濕度的計(jì)算相對濕度可按進(jìn)行計(jì)算，則相對濕度的編寫方法是用鼠標(biāo)單擊M6處，然后在如圖所示

5、的編輯欄輸入二 (K6-0.0006628*F6*(E6-D6) /L6,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊“Enter”鍵，此時(shí)相對濕度的公式編輯完畢。濕空氣容重的計(jì)算濕空氣容重可按 進(jìn)行計(jì)算, 則濕空氣容重編寫方法是用鼠標(biāo)單擊N6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=(F6-M6*L6)/0. 287/ (273+E6) +M6札6/0. 4615/ (273+E6),輸完之后單擊編輯 欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框，再單擊“Enter”鍵，此時(shí)濕空氣容重公 式編輯完畢。氣水比的計(jì)算氣水比按進(jìn)行計(jì)算，則氣水比編寫方法是用鼠標(biāo)單擊06處，然后在如圖所示的編輯欄輸入=N6*H

6、6/1000/G6,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框， 再單擊“Enter”鍵，此時(shí)氣水比公式編輯完畢。飽和空氣恰的計(jì)算為方便統(tǒng)一的公式編輯，同時(shí)省去查表的步驟，可引入內(nèi)田秀雄1給出飽和培 與溫度的關(guān)系式：，即圖中的AB線，此關(guān)系式在2040C誤差僅為1%,因此 tl對應(yīng)的飽和空氣璃的編寫方法是鼠標(biāo)單擊P6處，然后在如圖所示的編輯欄 輸入二8.265-0.24*B6+0.0254*B6-2,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待 屏幕彈出對話框，再單擊“Enter”鍵，此時(shí)tl對應(yīng)的飽和粉公式編輯完畢。 t2、tm對應(yīng)的飽和璃編寫方法同tl對應(yīng)的飽和空氣粉的編寫方法，將上式中 的B

7、6改為C6、J6即可。進(jìn)出塔空氣璃值的計(jì)算由圖1可以看出進(jìn)塔空氣璃可近似等于濕球溫度t對應(yīng)的飽和空氣嬉，因此 il編寫方法同tl對應(yīng)的飽和粉，只是將上式中的B6改為D6?？諝獠僮骶€CD 上任意一點(diǎn)可用求出。因此i2編寫方法是鼠標(biāo)單擊T6處，然后在如圖所示的 編輯欄輸入二S6+I6/06,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話 框，再單擊“Enter”鍵，im編寫方法是鼠標(biāo)單擊u6處，然后在如圖所示的編 輯欄輸入二(S6+t6)/2o逆流塔冷卻數(shù)的計(jì)算考慮到計(jì)算精度，逆流塔冷卻數(shù)的計(jì)算積分采用辛普遜(Simpson)二段 公式作簡化計(jì)算：則。編寫方法是鼠標(biāo)單擊V6處，然后在如圖所示的編輯

8、欄輸入=16/6* (1/(P6-T6) +4/ (R6-U6) +1/(Q6-S6),輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于 號，待屏幕彈出對話框，再單擊“Enter”鍵。橫流塔冷卻數(shù)的計(jì)算先按求逆流塔冷卻數(shù)的方法求出Qn,再除以修正系數(shù)F0。F0的編寫方法是鼠標(biāo)單擊W6處，然后在如圖所示的編輯欄輸入二1-0. 106*（l-（Q6-T6）/（P6-S6）3.5,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕 彈出對話框，再單擊Enter”鍵。H的編寫方法是鼠標(biāo)單擊X6處，然后在 如圖所示的編輯欄輸入二V6/W6,輸完之后單擊編輯欄右側(cè)的等于號，待屏幕 彈出對話框，再單擊“Enter”鍵。此時(shí)整個(gè)計(jì)算程序編寫

9、完畢。用此程序校驗(yàn) 手算值（上海科學(xué)技術(shù)出版社1981年出版的冷卻塔及中國建筑出版社 1986年出版的給水排水設(shè)計(jì)手冊第4冊書中的例題（見表1） o表1：手算和電算結(jié)果對照表塔型逆流塔（2）橫流塔（3）參數(shù)氣水比X0.50.60.91.0進(jìn)塔溫度（C）40.2440.2440.2445出塔溫度（C）323235干球溫度（C）25.725.725.724干球溫度（C）22.822.822.830大氣壓力（Kpa）99. 65899. 65899. 65899. 293結(jié)果手算冷卻。1.0240. 8610. 6920.613電算冷卻Q0. 970. 82 0. 680. 63差值（%）5. 56

10、%5%1.76%2. 7%從表1可以看出手算和電算值結(jié)果相差不大（1.76%5. 56%），因此采用此程序 可信度較高。下面結(jié)合某橫流塔兒種不同的測試工況，利用此EXCEL程序?qū)ζ渑袛啵ㄒ妶D 7）。表2：某大型橫流塔設(shè)計(jì)及測試情況項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件測試工況1測試工況2測試工況3水量（m3/h）3300352035203150干球溫度（C）32.336.231.4濕球溫度（C）2829. 126.0526.27進(jìn)水溫度（C）4337.439. 1739. 14出水溫度（C）3331.833. 1632. 11風(fēng)量（m3/h）243000246000242000253000大氣壓力（Kpa）99.961

11、00.9101.4299.96圖7：某橫流塔冷卻數(shù)計(jì)算結(jié)果值將測試的三個(gè)工況的BF項(xiàng)直接填入表格中，然后用鼠標(biāo)單擊16處，按住鼠標(biāo), 按住鼠標(biāo)左鍵不放，將鼠標(biāo)拖至X6處，將鼠標(biāo)移至X6右下角，待光標(biāo)變成小“ + ”時(shí)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，將鼠標(biāo)移至第9行，就可完成復(fù)制工作，在7、8、9 行處計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)顯示數(shù)值，測試工況1冷卻數(shù)計(jì)算值大于設(shè)計(jì)值，填料的 容積散質(zhì)系數(shù)比設(shè)計(jì)值大，能滿足冷卻任務(wù)，而測試工況2、3均低于設(shè)計(jì)值(工 況2是在該冷卻塔運(yùn)行六年后進(jìn)行測試的，工況3是該冷卻塔在更換填料后進(jìn) 行測試的)，尤其是運(yùn)行六年后，填料的容積散質(zhì)系數(shù)下降幅度較大，己不能滿 足冷卻任務(wù)的需要。而改造后也

12、未達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，因此還存在著改造的 缺陷。單純從冷卻數(shù)的大小不容易看出冷卻效率降低多少，可以將不同工況下 的冷卻數(shù)修正到設(shè)計(jì)條件下，求出出水溫度或水量。具體操作步驟見圖8、圖 9o圖8：修正至設(shè)計(jì)條件下出水水溫校核圖將設(shè)計(jì)條件下的工況復(fù)制至第10行處，然后保持水量不變，將出水溫度空出， 再在空欄處填入出水溫度，直至填入的溫度滿足測試工況條件下的冷卻數(shù)值。 由圖可以看出，修正到設(shè)計(jì)條件下，出水圖9：修正至設(shè)計(jì)條件下出水水溫值水溫為32. 5C時(shí)，滿足要求，因此該塔的冷卻效率為(43-32.5) / (43-33) X100%=105%,同理可將工況2、3修正到設(shè)計(jì)條件下得到出水溫度為33.

13、9C和 33.2C,因此冷卻塔效率分別為91強(qiáng)和98%。分析其改造不成功的原因主要有：填料片間距過大，水力停留時(shí)間短由于橫流塔百葉窗的安裝角度不合理，同時(shí)由于橫流塔支撐架多，在安 裝過程中不可避免地在原白葉窗上開孔，如果對有孔部位不進(jìn)行修補(bǔ)，橫流塔 濺水相當(dāng)厲害，尤其在不開風(fēng)機(jī)時(shí)加劇，造成冬季百葉窗易結(jié)冰，導(dǎo)致白葉窗 及擋水板變形，向外凸出，水直接沖擊邊層填料，形成水幕，并且自上而下越 來越密，無形中增加了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行阻力，減少了風(fēng)量，同時(shí)水幕對邊層填料具 有沖擊破壞作用，加劇了填料的部分垮塌。因此在改造過程中不可忽視，在擋 水板凸出處再插入新的擋水板。未綜合考慮整個(gè)氣室的配風(fēng)均勻性，填料安裝沒

14、有按照上密下疏的原則，同 時(shí)填料安裝并未交錯(cuò)安裝，影響了填料的熱力性能。由于橫流塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜，填料支撐架過多，同時(shí)每層填料間安裝了填 料框，無疑這些增加了風(fēng)機(jī)的阻力，對于鋼筋支撐架而言，要改造己很困難， 但可以撤消填料框架，用相同材質(zhì)的PVC板代替填料框架。減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行阻 力。由于風(fēng)機(jī)的抽吸作用，有部分水飄落在收水器與填料之間，未經(jīng)過充分換 熱，由上自下逐漸增加，因此可考慮略微增加原底部12層填料深度，以保證 充分換熱。當(dāng)然單憑某一工況的測試就對冷卻塔的熱力效率作出評價(jià)，不是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模?如要對冷卻塔作出科學(xué)合理的判斷，按照NDGJ89-89工業(yè)冷卻塔測試技術(shù)規(guī) 定要求，需對冷卻塔進(jìn)行全面測試，測試項(xiàng)目包括大氣參數(shù)，進(jìn)出水溫，進(jìn) 塔空氣量，出塔空氣干濕球溫度，塔各部分風(fēng)阻，風(fēng)機(jī)全壓，至少測出15個(gè)不 同的工況，然后在不同工況下，計(jì)算出冷卻數(shù)。及容積散質(zhì)系數(shù)，用最小二乘 法，得出式(2)和式(3)(2) .(3)X :氣水比，kg/kgg:通風(fēng)密度，kg/m2sq：淋水密度，kg/m2sA. B：試驗(yàn)常數(shù)m. n：試驗(yàn)指數(shù)根據(jù)此關(guān)系校核在設(shè)計(jì)條件下的出水水溫或水量，然后對冷卻塔效率高低作一 評價(jià)