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广东冷却水塔优化:运行和安全方面

第1部分:复杂度影响可靠性,操作和效率。
这将分为两个部分。在这里,我们描述冷却水塔的操作和安全方面。下一节将讨论它们的控制和优化。
 
冷却水塔(CT)是水-空气热交换器,用于将过程中的废热排放到大气中。它们的大小不一,从小型屋顶单元到非常大的双曲面结构,其高度可高达200 m(660 ft),直径可高达100 m(330 ft),也可以是大于40 m的矩形结构。高度(130英尺),长80 m(260英尺)。
 
正常运行时,它们可为工厂的安全提供服务,而其故障则可能因过热而导致严重事故。他们的运营成本是水和空气运输成本的总和,因此,如果这些成本最小化(优化),则可以将工厂的运营成本降低很多。 (在IBM的工作中,我们通过优化将工厂的运营成本降低了17%。)
 
本文介绍了不同广东冷却水塔设计可以提供的安全性(可靠性)级别,以及可以通过优化降低运行成本的控制系统。
 
广东冷却水塔

冷却水塔术语和操作
所有的广东冷却水塔都利用烟囱效应,该效应使外部空气通过塔。由烟囱效应引起的空气运动取决于底部进入的较冷外部空气与内部空气之间的密度差,该密度较轻,因为它更温暖,更潮湿。空气的湿度随着塔中空气的上升而增加,因为只要水的温度高于空气的湿球温度,它就会不断蒸发。这种蒸发降低了内部空气的密度,并且还导致循环水的损失,这需要补充。随着水的热量传递到空气中,密度较低的内部空气上升并吸入塔底的新鲜空气。
 
如果增加塔容量(传热面积)或通过塔的气流,则方法会减少;如果水流量减少,则方法会减少。范围是过程中返回的热水温度(Tin)与工厂的冷却水供应温度(Tout)之差。
 
在广东自然通风冷却塔中,气流仅由“烟囱效应”引起,而在机械通风塔中,气流被风扇放大,这些风扇位于塔的顶部并拉动空气(感应风扇塔)或位于底部,将空气(强力风扇塔)推入立柱。
 
广东冷却水塔提供给工厂的水的温度(Tout)始终高于对其进行冷却的空气的湿球温度(Tw)。如果温度计灯泡被湿的,吸水的物质覆盖并暴露在空气中,则蒸发会将灯泡冷却至周围空气的湿灯泡温度。这是干湿计读取的温度。如果空气中充满了水,则湿球,干球和露点温度都将相同。否则,湿球温度高于露点温度,但低于干球温度。
 
Tout只能“接近” Tw,但不能达到。如果塔容量(传热面积)或通过塔的气流增加,而塔的容量减少,则这种方法(A = Tout-Tw)将减少如果水流量减少。 CT的范围(R = Tin-Tout)是从过程返回的热水温度(Tin)与向工厂供应的冷却水温度(Tout)之间的差。这些术语如图1所示。
 
CT在冬季效率更高(约80%),在夏天效率较低(约65%),在高湿度地区效率也较低。 CT的效率是其范围之比除以其范围之和再加上方法之和的100倍:
µ = 100(Tin-Tout)/(Tin-Tw)