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冷却塔冷却效率低的原因分析

来源:本站原创 发布时间:2021-3-2 17:20:14 点击:137
 
冷却塔是中央空调系统中重要的辅助设备,其运行状况直接影响空调机组的COP和运行成本。冷却塔运行多年后,冷却塔冷却效率明显降低,导致冷却水温度降不下来,降低了机组的运行效率。
 
原因分析;改造措施
        
1、按照塔内水气的流动方式,通常将冷却塔分为逆流塔和横流塔。逆流塔的空气从下而上流动,水则由上而下,两者逆向流动。该类型塔的冷却效率相对较高,但是通风阻力偏大。而横流塔的空气水平流动,水流从上而下,两者流向正交。此类型的塔虽然冷却效率欠佳,可塔体内的大空间有利于空气、水等介质的充分热质交换,并且通风阻力小。目前对逆流塔的研究比较成熟,而横流塔近几年才受到关注,因此,如何充分利用该塔的结构来提高其冷却效率值得我们去探究。        
2、冷却塔冷却效率低的原因分析及改造措施尽管前人对横流式冷却塔进行了一定的研究,但由于其结构的特殊性与换热过程的复杂性,仍有很多影响其冷却换热效率的关键问题有待解决,具体包括塔体结构参数与运行参数对其冷却效率的影响。        
2.1 结构参数
(1)换热盘管类型干工况下使用带翅盘管可以增加管外空气与管内流体的换热面积,也促进了换热流体的湍流,因此强化了空气与流体之间的换热效率,传热系数比光管高。目前工程上用的较多的类型是翅片管,但此类管子所需空间面积大,同时翅片造成的空气阻力也大。相比较波纹管所占面积小,阻力也小,但初投资成本较高。在湿工况下翅片管对喷淋水与管内流体的换热影响较小,相反翅片会阻碍两流体间的换热,并且增加了成本,所以在湿工况下光管更合适。
(2)盘管基管形状与管材圆型是目前常用的管型,加工方便、成本低。当流速较低时圆管中心流体几乎无流动状态,使传热系数偏低。椭圆管的传热面积比相同湿周的圆管大 80%,管内流速可提高至 50%以上,紧凑性高,在相同容积内可布置更多管束。扭曲管型可使管外水膜的湍流程度增加,水膜在管外表面的滑移和更新速度更快,造成水膜厚度的减小和传热系数的增加,相对于圆管增加约 36~61%。盘管采用金属管材具有较大的导热系数,有利于导热,但考虑到铜、铝等导热系数较大的金属都是贵金属,使用此类型的管材会导致设备投入成本过大,所以考虑到成本以及盘管强度可以选用钢管作为盘管基管材料。
(3)填料当无填料时,闭式冷却塔将管内水的热量全都传给空气,填料作为表面增强剂可以强化换热,使得喷淋水在填料表面形成一层水膜,强化了空气与喷淋水之间的换热,因此填料的使用可以节省盘管,从而降低造价。但是填料也不是越多越好,如果盘管使用太少会使得冷却水的流速过大,导致冷却水泵能耗的增加。此外多孔介质的使用还能够提高喷淋水的回收效率。
(4)盘管布置方式顺排布置(时冷却水流速较大,因为管内对流换热系数比叉排大,但是顺排时流道相对平直,在流速较低时会在管尾部形成滞流区,从而影响换热。叉排布置时,流体在弯曲通道中流动,增强了流体的扰动性,并且叉排布置为两程。经研究叉排布置时的冷却水出水温度比顺排低,具有更高的冷却效率。所以盘管一般采用正三角形叉排布置。
(5)喷水方式         
      目前普遍采用的喷淋方式有喷嘴式和淋水盘式。喷嘴式是在塔顶部按合适的间距布置喷淋管,然后在管子下部装设喷嘴,喷淋水在水压的作用下从喷嘴向四周撒开,形成细小的水滴下落,该形式的喷淋方式水滴细小,比表面积较大,且水滴均匀洒落。淋水盘式是将喷淋水送到塔顶部的布水器,喷淋水靠自身的重力和水滴间的作用力,从布水孔自由下落,该类型的喷淋方式减少了水泵的压力,喷淋水靠自身下落,也导致水滴的直径较大,塔内水滴分布不均匀等问题。
(6)挡水板(吸水器)         
      挡水板可以将排出的饱和湿空气中携带的细小水滴与空气分离,减少喷淋水的损失,降低飘损,从而节约喷淋水的用量。同时排出的空气中夹带的水滴时间久了也会对风机造成腐蚀、生锈等影响,因此挡水板的使用也保证了风机的使用寿命。但不同的挡水板形式,其挡水效果不同、阻力也不一样。所以,寻求一种挡水效果好、低阻力的挡水板形式对于提高冷却换热效率具有重要意义。
 
2.2运行参数   
      
(1)喷淋水量         
冷却塔的性能随着喷淋水量的增加而提高,当喷淋水量超过一定值后性能又逐渐下降。因为喷淋水量过少时,布水效果差使得盘管局部出现干斑,导致腐蚀;然后随着喷淋水量的增加,在盘管的外壁逐渐形成均匀且完整的水膜,有利于冷却水的散热;可是随着喷淋水量进一步的增加水膜厚度增加,较厚的液膜对蒸发式冷凝器外管的传热产生抑制作用,并且还会增加空气流动的阻力,使得冷却性能下降,因此,喷淋水量过多过少都会降低冷却塔的性能,研究表明喷淋水密度为 100 kg/(m•h)左右为宜。         
(2)盘管内流体速度         
盘管内流体速度在一定范围内增加有利于提高对流换热系数,而管内速度有个最优值,当超过这个速度时,冷却塔性能增加的较少。盘管内流速较小时,在盘管内上部可能形成空气流,严重影响冷却水与管外介质的热质交换;当盘管内流速较大时,由于流速过快,管外介质没有充足的时间与冷却水换热,并且会增加冷却水泵的能耗。从换热和能耗两部分考虑,管内冷却水的经济流速为 1.5~2.5 m/s。         
(3)塔内空气流速         
塔内空气流速过小,在干区没有足够的空气与喷淋水进行热、湿交换,使得空气带走的热量有限,从而降低对流换热系数;当塔内空气流速过大时在湿区会产生严重的飘水现象,影响冷却塔的性能,对于翅片管气流速度过大会使得在翅片区产生涡流影响换热。并且风速过大还会增加风机的能耗,噪声也会增加。已有文献表明,塔内空气流速为 2.5 m/s 时冷却塔的整体性能较好。         
(4)入口空气湿球温度  
随着入口空气湿球温度的升高,冷却塔的冷却效率降低,湿球温度越高,空气达到饱和时所能容纳的蒸发水汽越多,即含湿量越大,空气能带走的热量越多;相反随着入口空气湿球温度的降低,空气所能承载的水汽和带走的热量较少,冷却效率降低。 
(5)气水比         
气水比过大,既可能是空气量过大,也可能是喷淋水量过小。当空气量过大,
不仅会导致风机能耗增大,而且风速过大可能会使得小水滴被带出塔体,影响风机的性能;当喷淋水量过小,没用充足的水量与空气完全接触进行换热,使得冷却塔热湿交换效率降低。气水比过小,可能是空气量过小,也可能是喷淋水量过大。当空气量过小,导致没有足够的空气与喷淋水进行热湿交换,使得冷却塔冷却效率下降;当喷淋水量过大,过多的喷淋水会使得光管表面的液膜过厚,增加传热的阻力,降低了冷却水向外的传热能力,同时喷淋水量的增加会导致水泵能耗增大。同时横流的进水流量的分布均匀程度对传热性能也有重要的影响,应保证冷却塔进水流量的分布均匀,更有效的利用冷却塔传热面积,提高冷却塔传热性能。         
 
3、结语         
 
横流式冷却塔作为空调系统重要的一部分,通过合理的结构优化和调控策略,可以充分发挥其散热能力,降低其运行能耗和水量损耗。通过研究横流塔的结构和运行参数,采取相对应措施如:更换填料、调节布水器水力平衡、冷却水泵变频控制、冷却风机变频控制、调整风机叶片角度、加强水质管理等,获得塔内流体的经济流速以及塔的最佳结构,从而可提高塔的冷却效率,降低运行费用。