at机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。at机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例 唐燕忠(中国石化集团南京设计院,江苏南京210048)摘要:在能源比较紧缺的今天,循环水站冷却塔的节能降耗设计显得十分重要。结合化工厂循环水站冷却塔的设计,介绍了通过对机械通风逆流冷却塔的热力和通风阻力的计算,求得冷却塔的最佳工艺参数,在满足正常生产要求的情况下,达到节能节电、取得较好的经济效益的目的。关键词:机械通风+逆流冷却塔;节能;设计;热力;通风阻力;计算中图分类号: TQ051

2、. 502 文献标识码:B 文章编号: 1009 -1904 (2006) 01 -0044 -04 根据化工工艺提供的水量和当地气象温差,查找对应的冷却塔样本选出合适的冷却塔。如果工程所在地气象参数与样本上的参数相差不大,则冷却塔的和焓差动力法两种方法,目前世界各国工程技术人员及相关规范规定中,均推荐采用焓差法。应用较广的焓差计算法又分为三种: 平均焓差法(对数均值法) ,一般中、小型冷却塔温差为615 时,多采用此法计算; 二次抛物线倒数积分法; 辛普森近似积分法,当大型冷却塔温差为6 15 或各种型式的冷却塔温差大于15 时,多采用辛普森近似1概述在能源比较紧缺的今天,循环水站冷却塔的节

3、能降耗设计显得十分重要。通常,冷却塔的选型是选型一般能满足设计要求。但是,如果当地气象参数与样本上的参数相差很多,则冷却塔冷却能力不够或者冷却能力超富余都会造成能量浪费。主要问题出在什么地方呢? 原来样本上成品冷却塔的运行参数是在标准气象参数(干球温度= 31. 5 ,湿球温度= 28 ,大气压p = 1. 004 ×105 Pa)下,结合冷却塔结构、填料的热力特性和阻力性能,以及配水系统和风机的选型等综合情况计算编制而成的。如果当地的气象参数与样本上的参考参数相差悬殊,则选出的冷却塔就达不到节能降耗的目的了。笔者认为,要解决这类问题,可以与制造厂联合设计。首先,我们根据工艺要求限定

4、塔体的结构、大致尺寸和组合形式;然后制造厂采用工程所在地的气象参数、工艺要求的水量及进出冷却塔的温度等参数进行设计,并做出多种方案;最后,我们对制造厂设计的冷却塔尺寸、构造、配用风机、上塔扬程等参数进行评估,选择合适的设计方案,并通过热力和通风阻力计算,来验证所选冷却塔是否满足设计要求,以达到节能降耗的目的。2冷却塔验证的基本方程及参数2. 1热力计算 1 、 2 逆流冷却塔的热力计算方法历来有压差动力法积分法。平均焓差法由于计算较简单,而且精度又能满足计算要求(温差小于15 时, 不超过3% 3. 5%),实际使用比较普遍。笔者也选用此法进行计算。1、基本方程基于麦克尔焓差方程式基础上的逆流

5、冷却塔热力计算基本方程如下: XVV1= (1)QKtt12icw-dti令N = K 1 tt12 cwdti-i (2) N =XV V /Q (3) N 称为交换数或冷却数,说明冷却任务的大小,与外界气象数有关; N 称为冷却塔的特性数,表示冷却塔本身所具有的冷却能力。当N = N 时,即冷却塔的设计能力与生产上所要求的冷却任务相匹配,说明选用的冷却塔是最经济、合理的。2、冷却数N 蒸发水量带走的热量系数K2 又可表示为cw t2K =1-(4) rt2 当焓差i-i取平均值im,冷却塔进、出水温差t = t1-t2,则(12) 湿球温度已知气象参数如下: 淋水装置的散热能力,XV 愈大

6、说明冷却塔散热愈干球温度30. 3 好,塔的体积可以缩小。23. 6 =Agmk qn 可表示为= A gm k qn XV 大气压p气91. 1 kPa ( it1-it2 ) + (i1-i2 )im = (5)it1-i -it22. 3lg it2-i -it1 公式(2)可近似地表示为N = ( 1 / K) (cwt /im ) (6) 冷却塔进、出口空气的焓的关系如下: i2= i1+ cwt/ (K) (7) 其中 =3. 6gk/ q (8) 湿空气的焓计算公式如下: i= cg+ 0. 622 ( r0+ cq) pq/( p气-pq) (9) 其中,饱和蒸汽分压力pq 按

7、下式计算求解: lgpq =2.0057173-3.142305 (1000/ T -1 000/373. 16) + 8. 2lg(373. 16/ T) -0.0024804 (373.16-T) (10) 相对湿度计算公式如下: = p -0. 000 662p气(-) /p (11) 3、特性数N 淋水装置的容积散质系数XV 反映了单位体积填料区以外的部分阻力p2: p2= HZ-p1 风机实际工况下的全压p全应等于塔总阻力HZ,即p全= HZ,风机实际工况下的全压p全与标准工况下的全压p0 关系为: p全/m= p0 /0 (18) 风机实际工况下的风量G 与标准工况下的风量G0 关

8、系为: Gm= G00 (19) 3工程设计实例笔者曾经做过贵州某大型硫酸装置一个清净循环水站设计,其最大水量3 300 m3 /h 。为便于调节, 运行经济,如冬季只开一台风机,设计为两台塔组合,单塔设计冷却水量是1 650 m3 /h 。塔体梁柱和维护面板均采用钢筋混凝土结构,另外由于场地较紧,冷却塔尺寸要求尽可能小。则特性数N N hF qF =B gk q m (13) 将式(8)代入式(13)得N =A m (14) 计算冷却塔的特性数N 可采用式(3) 或式(14)均能得到理想的结果。2. 2通风阻力计算 2 当然,在考虑填料热力性能时,还应统筹考虑冷却塔的阻力性能,以达到节能的目

9、的。冷却塔的通风阻力计算可按下式: H =mv2m/2 (15) 当计算全塔总阻力时, vm 为淋水填料计算断面的平均风速;当计算冷却塔的局部阻力时, vm 为该处的计算风速。进冷却塔空气密度1 可按式(16)计算2 : 1 = (0. 003 483p气-0. 001 316pq) /(273+) (16) 冷却塔阻力系数一般采用与所设计的冷却塔相同的原型塔的实测数据或相似的模型塔的实验数据。另外,填料的通风阻力(包括喷淋区和尾冷区) 可根据填料阻力性能表达式计算: p1= hm vm (17) 已知工艺参数如下: 进塔水温t1 40 出塔水温t2 32 单塔冷却水量Q 1 650 m3 /

10、h 3. 1冷却数N 的计算根据已知气象和工艺参数,计算出与N 相关的参数如下: K0. 945 i1 75. 6kJ/kg 1 1. 035 kg/m3 it1 180. 6 kJ/ kg 0. 58 it2 119. 3 kJ/ kg p 4. 36 kPa im 147. 0 kJ/ kg p 2. 94 kPa 当气水比 =0. 4、0. 5、0. 6、0. 7时,计算的相应N 值如下: =0. 4N =1. 363 =0. 5 N =0. 958 =0. 6 N =0. 822 =0. 7 N = 0. 751 3. 2特性数N 计算根据工程设计要求,笔者选择了A、B、C三个冷却塔制