冷却水塔历史、应用、工作原理、组成部分介绍
作者:晶杰冷却塔 时间:2021-05-18 15:26 阅读:
冷却水塔是一种开放式结构,可从工业设备和过程中使用的水(或其他流体)中除去热量。冷却水塔有不同的设计,类型,形状和尺寸。但是,基本工作过程是相同的,并且基于蒸发冷却。来自水的热量通过蒸发过程传递到空气中,从而降低了水的温度。 (冷却水塔有时称为蒸发冷凝器或液体冷却器。)蒸发冷却取决于湿球温度,湿球温度是工厂,过程或系统中可以将水冷却到的最低温度。水蒸发到空气中所需的热传递率表明了冷却水塔的运行情况。进入塔的空气的湿球温度是衡量冷却水塔效率的主要指标。美国机械工程师协会(ASME)和冷却技术协会(CTI)是为会员提供技术和教育服务的行业协会,建议根据进入的湿球温度对塔进行尺寸和测试。 (用灯泡计测量湿球温度。)
一、一个简短的冷却水塔历史
希腊,罗马和中东的古代人使用多孔的水罐和池塘来利用蒸发的概念来缓解热量。直到1800年代和工业时代来临,才发明了通过蒸发水来冷却空气的机械设备。 1819年的一项英国专利是蒸发冷却器冷却液体的首批专利之一。早期的冷却水塔与发明用于蒸汽机的冷凝器相吻合,该冷凝器需要冷水才能运行。 1899年的一项美国专利描述了一种水冷却水塔,用于冷却“大量冷凝水…………连续不断地使用相同的水……具有独特的效率和经济性”。
到20世纪初,美国已经获得了无数发明专利,这些专利被分别称为“湿箱,沙漠冷却器,滴水冷却器,然后是沼泽冷却器”。这些直接冷却器中最早的一个是用湿粗麻布包裹的木制框架,并使用风扇将空气强迫进入要冷却的区域。 1906年的一项专利描述了一种水冷塔设备,该设备具有喷嘴,喷雾器和水槽,以“在塔的整个水平截面区域内以均匀的方式反复分配水”。随着循环泵以及集成的电动机和风扇单元的结合以及新材料和塑料的发明,该技术演变为现代设计。
二、冷却水塔应用:比想像的更常见
工业冷却水塔。散热是任何工业工厂中的常见过程。用于冷却工业循环水的塔几乎用于所有重工业,包括钢铁厂,食品和饮料制造,石油和天然气精炼,纸浆和造纸厂,化学加工和水泥厂。它们还为发电厂提供冷却水,这些发电厂在发电过程中会产生多余的热量,从而为其换热系统提供稳定的液体供应。在发电厂,由烟囱设计的冷却水塔以水蒸气羽流的形式散发多余的热量,而凝结的蒸气则被释放到大气中。
作为大型商用,医疗和工业HVAC(供暖,通风和空调)系统的一部分,冷却水塔是新建的办公楼,飞机场,会议中心,医院,高层建筑,酒店和制造设施的标准配置。暖通空调冷却水塔影响舒适度,并因此影响建筑物内人员的健康和生产力。由于它们是大型结构(比典型的HVAC单元大)且需要大量空间,因此它们位于屋顶的外部或建筑物地面的偏僻位置。
三、蒸发式冷却水塔基本工作原理
在蒸发式冷却水塔中,热水被泵送或喷洒通过塔顶,在塔顶与塔内的冷却空气汇合(这是从大气中吸入的新鲜空气)。空气迫使水蒸发,蒸发将热量从水中带走。当水达到较低的温度时,冷却的水从底部排出,然后返回或循环回到机械或过程中。水再次从工业或机械过程中收集热量,然后再循环到冷却水塔的顶部。
尽管该想法是对水进行再循环以便可以再次使用,但由于蒸发,排污(除去固溶物或沉淀物而除去水),漂移甚至系统中的渗漏,在过程中会出现水流失。为了弥补这一损失并提高用水效率,在运行过程中添加了“补充水”。
四、冷却塔主要组成部分
冷却水塔的每个组件或零件都必须维护:
填充材料。该热量成分是可用于将热量从热水传递到冷空气的主要区域。填充物通常呈蜂窝状或波纹状,可最大程度地增加水的表面积,通常由PVC(聚氯乙烯)或PP(聚丙烯)材料甚至不锈钢制成。
配水甲板(或湿甲板)。该组件通常是一组喷嘴,在冷却时,该喷嘴均匀地喷水以润湿填充材料,以使热量传递最大化。
进气口和出气口。这些分别是冷空气进入塔楼和热空气离开塔楼的要点。进气口可以在塔的一侧(横流设计),也可以位于塔底附近(逆流设计)。
进气百叶窗。它们使进入填料的空气流均匀,并将水保持在塔内。
漂移消除器。将它们放置在填充物旁边,以捕获空气流中的水滴,否则水滴会以蒸汽的形式散失到环境中。
冷水盆。它位于塔楼底部,在填充物下方,从塔楼收集冷却水,并可作为主要结构的基础。
机械零件和仪器仪表。风扇,泵和电动机驱动机构(例如变速箱,驱动轴)使空气流动并传递所需的气流。可以安装传感器,传感器连接器和电缆以检测振动以及高频齿轮和轴承故障。还需要仪器来测量冷热水温度以及测量补充水流量和排污率。所有这些组件都会影响能效和所需的维护量。
套管或外壳。这是外壳,可以由经过化学处理的木材,铝,热浸镀锌钢,陶瓷或增强塑料(例如,用于增强塑料或其他树脂的玻璃纤维材料)制成。当水通过冷却水塔循环时,外壳中会包含水,并为塔式风扇系统和其他内部组件提供结构支撑。该结构可能需要抗振动,高风载荷和腐蚀。
五、冷却水塔设计和定制注意事项
冷却水塔根据空气在塔中的流动方式(气流的方向(逆流或交叉流)和通风的类型(机械的或自然的))进行分类。设备还以圆形或瓶形,双曲面(发电厂的特征)和矩形制造。每种设计都有相对的优点和缺点,最终的设计选择取决于许多因素,包括用户的要求和应用,经济性,甚至是建造冷却水塔的位置和天气条件。(蒸发冷却的效率为受外界温度,相对湿度和风速的影响。)
天然通风塔采用烟囱设计,并依赖于塔内(凉爽)空气和塔内空气之间压力和温度的差异。空气上升的高烟囱提供了上升气流,而无需塔式风扇。天然通风塔最好放置在空旷区域,因为其性能取决于风向和风速。这种设计很少用于HVAC冷却水塔。双曲面设计的核电塔和大型燃煤电厂是自然的吃水设计,可满足较大的水容量要求。
机械通风塔使用电动风扇迫使空气通过结构,并且可以使用错流(垂直于水流的气流)或逆流(与水流相反的气流)设计。由于逆流塔比空气在其中水平流动的横流塔更紧凑,因此可以建造占地面积较小的逆流塔。机械通风塔的运行成本较高,这是因为在塔内循环空气所需的机械组件,但更易于放置在建筑物上或建筑物附近,因此它们可用于HVAC和制冷应用中。
圆形或瓶形塔在工业过程中是一种流行的设计,因为它具有最大的冷却空间和最小的面积。这些塔具有多种容量,可以在工厂建造或现场安装。矩形冷却水塔在空调设备中很常见。
也有用户定义的设计注意事项,例如安全性,降噪,耐腐蚀和耐化学性。例如:
由于持续的湿式冷却环境,木质塔容易着火和腐烂。化学处理过的木材不受欢迎,因为它带来了某些环境和健康风险。
由纤维增强聚酯和热浸镀锌钢制成的塔架结构坚固,可以抵抗腐烂和生锈,并可以承受多年的运行。预制钢运输繁重,建造成本高昂,需要高技能的工人。塑料作为冷却水塔的结构材料具有很高的强度,但重量轻,并且比钢更易于定制和运输。
冷却水塔可能嘈杂。在可能特别关注噪声的社区或建筑物(例如学校,医院)中,可能需要对冷却水塔进行声学工程设计。
六、冷却水塔安全和维护注意事项
温暖潮湿的环境是微生物和生物膜的温床,微生物和生物膜可能会导致冷却设备的操作和机械问题以及人类健康问题。冷却水塔和蒸发式冷凝器使用风扇将空气移动通过循环水系统,并将大量的水蒸气引入环境,需要经常维护和清洁,添加杀生物剂并检查有害军团菌的生长(与肺炎有关) (例如退伍军人症),并符合某些城市和州的规定。补充水源(例如地下水,地表水)的水质保证测试是冷却水塔安全运行的另一个考虑因素。
根据1990年的《清洁空气法》修正案,环境保护局(EPA)制定了减少工业过程冷却水塔产生的对健康有影响的空气有毒物质排放的规定。
对于建筑材料和填充物的可燃性,存在适用于现场安装和工厂组装的冷却水塔的消防安全标准(NFPA 214)。
七、如何选择冷却水塔制造商
许多公司制造或销售冷却水塔设备。大多数是小型公司,而大型的全球制造商可能少于十个。公司在产品的关键特性上进行竞争,而冷却水塔的关键特性是干湿特性,能源效率和成本,包括使用寿命/维护成本。
好的制造商和合适的制造商之间是有区别的。合适的制造商可以满足最终客户的需求。要选择制造商,客户应该知道制造商是否将其冷却水塔作为公司出售的完全设计的设备提供,或者是否与合作伙伴OEM(原始设备制造商)合作。评估公司是否可以直接向客户及其设施提供替换产品或备件产品,以及它是否提供良好的维护和质量保证服务(产品和/或零件保修)以及可靠的机械零件选择。查找冷却水塔制造商的简单方法是访问此页面顶部的公司目录。
正确设计和维护冷却水塔设备后,冷却水塔设备应能够使用20年,并以指定的水温和流量向工厂,过程或系统供水,并保持整个冷却过程的最佳运行状态和能源效率。您可以直接与冷却水塔的设计师联系,他们可以确保您在IQS目录中获得适合您的系统。
八、冷却水塔类型
空调冷却水塔提供空调,并且是玻璃纤维结构,可冷却大型建筑物,例如医院,学校和一些办公室。
陶瓷冷却水塔具有相当吸引人的外观,但通常比其他冷却水塔贵。
冷却器冷却水塔是消除废热的补充手段,废热是许多过程的副产品,这些过程需要使用空气和液体冷却器系统。
闭环冷却水塔是空气与冷却水或其他流体不直接接触的冷却水塔。
冷却水塔的设计决定了成本,性能和效率。
冷却水塔制造商是制造冷却流体的设备的公司。
冷却水塔系统(有时称为散热装置)通过从流体中除去热量来冷却水和其他流体。
逆流冷却水塔包含相反的空气和水流。气流向上移动,水流向下移动。
横流式冷却水塔包含垂直的空气和水流。气流是水平的,水垂直向下流动。
消毒冷却水塔用于饮用水和废水处理设施,以帮助消除水中的细菌,化学物质和其他杂质。
蒸发冷却水塔是一种吸热设备,利用少量工作流体(通常是水)的蒸发将热量传递到移动的气流中,以便将其余的水流冷却到接近湿球空气温度,即设计的温度测量反映了冷却水塔中所需的水蒸气含量。
玻璃纤维冷却水塔具有出色的耐候性,因此使其可在恶劣的环境条件下使用。这些冷却水塔还提供了良好的耐腐蚀性,这在诸如水处理的应用中仍然是有利的,在该应用中,冷却水塔将暴露于化学物质中。
HVAC冷却水塔将水冷式冷却器或冷凝器与冷却水塔结合在一起。
双曲线冷却水塔是指利用双曲线结构规划的冷却水塔的特定设计和构造样式,该双曲线结构规划固有地产生自然吃水并利用蒸发来冷却水和其他流体。
工业冷却水塔是排热系统,用于通过将过程废热从流体中排到大气中来冷却水和其他工作流体。
机械通风冷却水塔包括:强制通风塔,其中包含迫使空气通过系统的侧风扇;以及诱导通风冷却水塔,其中包含使空气通过系统的高架风扇。机械通风冷却水塔通常用于较小的冷却水塔系统。
自然通风的冷却水塔不利用风扇,而是依靠废气的浮力和自然风将空气通过系统。自然通风的冷却水塔用于发电厂等涉及大量水的应用中。
开路冷却水塔是这样的冷却水塔,其中水在系统内内部分配,并与进入的空气直接接触。
水冷却水塔是用于通过与气流接触来冷却水的基本冷却系统。利用水冷却水塔的应用包括空调和水/废水。
九、冷却水塔术语
环境温度–用温度计测量的DBT。
轴流风扇–气流方向不变的风扇。轴流风扇类型包括螺旋桨,风管轴流和叶片轴流。
排污–将水从冷却水塔中排出,以防止系统内杂质过多积聚。随着水在冷却过程中的蒸发,杂质的浓度会增加。
吹出–水由于风或飞溅而从冷却水塔中排出。通过使用屏幕和其他机制,可以减少或消除吹出现象。
BTU(英国热量单位)–将一磅水的温度改变华氏1度所需的热量增加或减少的量。
漂移–水滴与废气一起从冷却水塔中除去。必须控制漂移,因为与从塔中除去的水蒸气不同,漂移通常包含化学物质,碎屑和其他可能对环境造成不利影响的杂质。
漂移消除器–冷却水塔中的一种机制,它通过捕获流过消除器的漂移来防止漂移离开冷却水塔,同时允许排出的空气通过消除器并进入大气。
干球温度(DBT)–进入冷却水塔的空气温度,以华氏度为单位。
夹带–随着废液的排放,空气中的水被带入冷却羽流中。
排气–在冷却过程中从冷却水塔中排出的空气。排气中还包含在冷却过程中蒸发的水蒸气。
填充–迷宫般的填料,提供了极大的扩展的气-水界面,使空气加热和蒸发发生。薄膜填充物由多个通常垂直的润湿表面组成,在其上散布着薄薄的水,而飞溅填充物则由许多水平的水平飞溅元素组成,这些水平的飞溅元素形成了一系列微小的液滴,这些液滴具有较大的组合表面积。
雾化–冷却水塔外的水蒸气的雾状凝结,是由于塔内排出的饱和排气与塔外的较冷空气接触所致。
诱导通风–冷却水塔风扇从设备底部抽出空气并将其通过冷却水塔顶部排出的过程。
噪音–落水的冲击,风扇的空气运动,结构内的风扇叶片的运动以及冷却水塔发出并记录在一定距离和方向的传动带,齿轮箱和电动机的运动所产生的声能。
喷嘴–一种使水以喷雾或水流形式流入冷却水塔的机制。
羽状物–冷却水塔中排出的空气和水蒸气。当烟流引入较低温度的空气中时,可能会产生雾气。
干湿计–冷却水塔系统中用于测量系统湿球温度的机制。
再循环–先前排出的空气进入冷却水塔,该空气与新鲜空气一起重新进入系统。
热的容量–冷却水塔容量,表示冷却水塔可处理的液体量(以加仑/分钟为单位)。
湿球温度(WBT)–冷却水塔内空气被水蒸气饱和的温度,可防止进一步发生水蒸发。
更多冷却水塔信息请联系广东冷却塔厂家代表获取,为您提供免费的售前咨询及选型服务。