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了解冷却塔传热的基础知识

直通式冷却是上个世纪大型发电厂的常见设计特征,因为该工艺可以有效地提供大量的水,以供涡轮机排气蒸汽冷凝和辅助热交换器冷却之用。但是,关于在直通式系统的进水口和排水口处保护水生生物的环境问题已基本消除了现代植物的直通式冷却。
 
现在,冷却塔或诸如湿面空气冷却器(WSAC®)或什至风冷式冷凝器之类的一些变型已成为常态。但是,这一发展是在许多新的联合循环发电厂以及与此相关的其他设施都配备有该行业新手的时候进行的。基本了解对于冷却水和其他系统的正常运行至关重要。
 
来自工厂换热器的热废水进入塔,并喷洒在冷却塔填料上。空气进入塔的下部,并以逆流方式与水接触,以帮助最大程度地传递热量。冷却后的水收集在一个集水箱中,以返回到热交换器,而暖空气的排气口则排到大气中。
 
冷却塔中的关键组件是填料,它可以进一步帮助最大化空气/水的接触。下面显示了两种类型,现代的飞溅填充和最高效率的薄膜填料。
 
有许多中间选择,这些选择取决于预计的冷却水质量和介质中的结垢可能性,作者将在以后的《动力工程》文章中讨论这些选择。
 
广东冷却塔

请注意,进气的相对湿度(RH)为50%,而塔排气的相对湿度接近100%。该数据有助于说明冷却塔中的主要传热方法是通过蒸发再循环水的一小部分(通常为2%至3%)。尽管冷却塔流量设计的数学可能有些复杂,但已经开发了几个简单的方程式,可以直接估算到冷却塔的蒸发,排污和补充流量。
 
蒸发的标准公式是:
E =(f * R * DDT)/ 1000,其中1个
E =蒸发量(单位:gpm)
R =再循环率,单位:gpm
DT =冷热水循环温度(oF)之间的温差(范围)
¦ =校正系数,有助于解释显热传递,其中β通常在0.65至0.90之间,并且在夏季上升而在冬季下降
 
该系数为1,000,是环境条件下水的汽化潜热(Btu / lb)的良好近似值。根据作者先前所做的一些工作,对于图2中的示例,¦计算得出0.78。因此,对于此示例,在150,000 gpm的再循环流量和27o F的范围内,蒸发速率为3,159 gpm。
 
理解冷却塔传热的一个非常重要的概念是“湿球”温度,这是通过蒸发冷却可以达到的最低温度。除非相对湿度为100%,否则湿球温度将始终低于环境温度或“干球”温度。因此,冷却塔实际上总是可以将循环水冷却到比ACC更低的温度。在图2的示例中,入口空气为68oF,相对湿度为50%时,湿球温度接近57oF,因此该例中的湿球温度为77o – 57o = 20oF。 ,较低的进场温度很有可能。
 
浓度和水质影响的周期
 
蒸发导致冷却水中溶解和悬浮的固体浓度增加。该浓度因子(在逻辑上)称为浓度循环(C或COC)。 C,或更准确地说,允许的C,随塔的不同而变化,具体取决于几个因素,包括补充(MU)水化学,化学处理程序的有效性以及对补充或排放量的潜在限制。用于计算浓度循环的代数方程为:
 
            C = MU / BD方程2个
 
比较补充液和循环水中常见离子(例如氯离子或镁离子)的浓度,可以确定浓度循环,但在现场计算C的常见方法是在线测量特定排污(BD)和补充液(MU)电导率。测量允许瞬时排污调节,以保持所需的C值。在所有情况下,浓缩循环都有一个临界点,即使进行了良好的化学处理,进一步的浓缩也会导致冷却系统中的结垢或腐蚀问题。
 
排污与蒸发的比率由以下方程式概述:
 
            BD = E /(C – 1)式3
 
除排污外,冷却塔风扇排气中的细小水滴也会排出一些水。这种水损失称为漂移(D)。现代除雾器可以将漂移降低到再循环率的0.0005%,Brentwood Industries提出了一种达到0.00025%漂移率的设计。冷却系统中的泄漏称为损失(L)。以下等式显示了补给与蒸发,排污,漂移和任何其他损失之间的关系。
 
            MU = E + BD + D + L公式4
 
对于设计合理且运行良好的塔,后两项几乎可以忽略不计,因此塔的需水量基本上是蒸发和排污的函数。返回方程式3,下图说明了图2中所示塔的排污速率与浓度循环的关系。
 
显而易见,该曲线是渐近的,并且随着C的增加,较高循环中的排污减少量急剧下降。作者已经看到了不止一套规格,设计工程师选择了较高的浓度循环,这似乎没有考虑到从而将由此带来的节水效果降至最低。由于高浓度的引起水垢和腐蚀的杂质,确实发生了关于水处理化学的极大增加的挑战。