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    冷卻塔傳熱散熱基礎知識
    瀏覽:發布日期:2021-08-06 08:51
    本文江蘇冷卻塔廠家研究了重要的冷卻塔傳熱基礎,以及在冷卻系統中保持適當化學控制的現代方法。
     
    聯合循環發電廠(以及其他能源和工業設施)的持續規劃、建設和運營正在為許多與水相關的問題(包括與冷卻相關的問題)引入許多新人員。許多這些設施的關鍵單元操作是一個或多個冷卻塔中的能量傳輸。
     
    許多聯合循環發電廠運行的一個關鍵要素是一個或多個冷卻塔中的能量傳輸。在冷卻系統中保持適當的化學控制有重要的冷卻塔傳熱基礎和現代方法。
    許多聯合循環發電廠運行的一個關鍵要素是一個或多個冷卻塔中的能量傳輸。在冷卻系統中保持適當的化學控制有重要的冷卻塔傳熱基礎和現代方法。
     
    一、冷卻塔傳熱基礎:蒸發散熱
    用一本關于冷卻的優秀參考手冊的話來說,“蒸發在冷卻塔中得到了最大程度的利用,冷卻塔旨在將最大的瞬態水面暴露在最大的空氣流中——最長的時間。”該聲明強調了冷卻塔的一個基本方面,該行業的新手可能沒有完全認識到;冷卻塔中的大部分傳熱(通常為 65% 到 85%,取決于大氣條件)是由于少量循環水的蒸發。這方面將在隨后的示例中概述。
     
    二、冷卻塔工藝概要
    理解冷卻塔傳熱的一個非常重要的概念是“濕球”溫度??紤]一個溫暖的夏日,陰涼處溫度為 90°F,相對濕度為 40%。標準溫度計自然會讀取 90o,這是“干球”溫度?,F在,在干球溫度計旁邊安裝另一個溫度計,但在第二個溫度計的燈泡周圍放一塊浸濕的布,然后將兩者放在旋轉接頭上,這樣溫度計就可以在空氣中快速旋轉。這種簡單而常見的設備被稱為吊索干濕表。一段時間后,干球溫度計的讀數仍為 90°F,但另一個溫度計的讀數為 71.2°F。后一個讀數是濕球溫度,是通過蒸發冷卻可以達到的最低溫度。
     
    無論效率如何,冷卻塔都無法將循環水冷卻到濕球溫度,并且在某些時候成本和空間要求限制了冷卻塔的尺寸。冷凍水和濕球值之間的溫度分離稱為該方法。下面的數據顯示了冷卻塔在一系列接近溫度下的相對尺寸。
     
    該表表明“標準”尺寸的冷卻塔應在大約 15°F 內接近濕球溫度。隨著接近溫度變窄,曲線變得漸近。因此,對于任何冷卻塔應用,在某些時候都會出現收益遞減規律。此數據僅用于一般考慮,因為接近溫度可能會受到多種因素的顯著影響,包括冷卻塔填料的類型,稍后將更詳細地探討這些因素。
     
    計算空氣冷卻和蒸發傳熱所需的數據已編制在稱為濕度圖的圖表中。
     
    冷卻塔傳熱散熱

    三、冷卻塔相關熱力效率計算
    所有版本的濕度圖都“非常繁忙”,有時難以理解,但濕度圖提供了以下參數的數據。
     
    露點溫度
    干球溫度
    焓 (Btu/lbm)
    濕度比(以磅/磅計的空氣中水分的絕對值)
    相對濕度
    比容 (ft3/lbm)
    濕球溫度
    如果已知空氣的任何兩個特性,則可以確定所有其他特性。在線提供的程序將通過一些簡單的用戶輸入來計算濕度參數。
     
    此時,我們將用一些實際數據填充圖 1,并計算將 150,000 gpm 塔入口水冷卻到所需溫度所需的空氣質量流量,并計算蒸發損失的水。
     
    第一步是確定塔周圍的能量平衡。
     
    (ma1*ha1) + (mw3*hw3) = (ma2*ha2) + (mw4*hw4),其中方程。 1
     
    ma = 干燥空氣的質量流量 ha = 干燥空氣流的焓 hw = 水流的焓
     
    利用代數,ma1 = ma2,水流的質量平衡為 m4 = m3 – (w2 -w1)*ma,其中 w = 濕度比;能量平衡方程可以改寫為以下形式。
     
    ma = (m3*(h4 – h3))/((h1 – h2) + (w2 – w1)*h4 等式 2
     
    從濕度圖和蒸汽表中,我們發現
     
    以下。 h1 = 24.6 Btu/lbm
     
    h2 = 52.5 Btu/lbm
     
    h3 = 72.0 Btu/lbm h4 = 45.1 Btu/lbm
     
    w1 = 每磅干燥空氣 0.0075 磅水分
     
    w2 = 每磅干燥空氣 0.0286 磅水分
     
    因此,當入口冷卻水流速為 150,000 gpm (1,251,000 lb/min) 時,計算出的氣流為 1,248,000 lb/min,在這種情況下,這恰好與冷卻水流速非常接近。 (顯然,空氣流量需求會根據空氣溫度、進水溫度和流速以及其他因素發生顯著變化,這就是冷卻塔通常具有多個單元的原因,通常包括具有可調速度控制的風扇。)
     
    冷卻塔示例條件
     
    體積空氣流速可以使用空氣濕度圖找到,其中 68°F 和 50% RH 的入口空氣的表中比體積為 13.46 ft3/lb。將此值代入質量流量得出的體積流量幾乎為 17,000,000 ft3/min。
     
    蒸發損失的水量可以僅通過水的質量平衡來簡單計算。我們已經看到,
     
    m4 = m3– (w2 – w1)*ma 3
     
    利用上述數據,m4 = 146,841 gpm。因此,蒸發損失的水分為 m3 – m4 = 3,159 gpm
     
    請注意,僅約 2% 的蒸發就足以提供如此多的冷卻。
     
    這是因為在普通大氣條件下蒸發潛熱接近 1,000 Btu/lbm。因此,當水蒸發時,它帶走了大量的熱量。
     
    冷卻塔薄膜填充示例
     
    有一種更簡單的方法可以更快地計算冷卻塔的典型蒸發量。標準公式是,
     
    E = (f * R * DT)/1000,其中
     
    等式4 E = 蒸發量 (gpm)
     
    R = 以 gpm 為單位的再循環率
     
    DT = 溫水和冷循環水之間的溫差(范圍)(°F)
     
    f = 有助于解釋顯熱傳遞的修正系數,其中
     
    f(平均值)通常被認為是 0.65 到 0.85,但會在夏季上升,冬季下降。
     
    當然,系數 1,000 是水的近似汽化潛熱 (Btu/lb)。要檢查此計算的總體準確性,請考慮我們詳細解決的先前問題。蒸發量為 3,159 gpm,再循環率為 150,000 gpm,溫度范圍為 27°F。這給出了 0.78 的校正因子,這與所示條件下 ƒ 的位置非常一致。
     
    這個例子是在海平面條件下拍攝的。在海拔較高的地方,情況可能會有很大不同。
     
    冷卻技術研究所 (www.cti.org) 提供更復雜的程序(以及許多其他非常有用的信息)來執行冷卻塔計算。
     
    液氣比
    對于冷卻塔或其他此類工藝(包括濕式煙道氣洗滌器),一個非常重要的因素是液氣比 (L/G)。該參數也可以從方程 1 中評估,其中水流的焓只是水的熱容乘以溫度。從等式 1 中指定 ma = G 和 mw = L 將其轉換為: Cp*L3*t3 + G*ha1 = Cp*L4*t4 + G*ha2 5
     
    我們知道 L4 = L3*G(w2 – w1),并使用一些簡化代數,消除可忽略的流量項,并且 tw2 – tw1 是入口和出口冷卻水溫度之間的“范圍”,公式 5 簡化為:
     
    ha2 = ha1 + L/G*范圍
     
    因此,可以看出熱傳遞受液氣比的顯著影響。因此,液體/氣體相互作用增強得越多,傳熱性能就越好。
     
    這解釋了過去對冷卻塔填料設計的深入研究和持續研究?,F在大多數塔都配備了各種薄膜填充物。
     
    正如名稱薄膜填充所暗示的那樣,該材料會誘導進入的回水形成薄膜,從而大大增加其表面積。薄膜填料的正確性能的關鍵是填料上方的配水系統的正確設計和維護。
     
    同樣重要且將在以后的文章中介紹的主題是冷卻水化學處理,以防止填料污染,尤其是微生物菌落和淤泥。結垢不僅會抑制傳熱,
     

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