了解冷卻塔傳熱的基礎知識,冷卻塔的傳熱效率取決于

所屬欄目：【解決方案】作者：圓形冷卻塔維修時間：2023-05-31 閱讀數：

貫通冷卻是上個世紀大型發電廠的常見設計特征，因為該過程有效地提供了大量水，用于冷凝渦輪機廢蒸汽和冷卻輔助熱交換器。然而，關于直通系統進水口和出水口處水生生物保護的環境問題已經在很大程度上取消了現代工廠的直通冷卻。

冷卻塔或濕表面空氣冷卻器 (WSAC?) 或什至風冷冷凝器等某些變體現在已成為常態。但這一發展是在許多新的聯合循環發電廠以及與此相關的其他設施都由該行業的新人配備的時候出現的。基本了解對于冷卻水和其他系統的正常運行至關重要。

來自工廠熱交換器的熱廢水進入冷卻塔并噴灑在冷卻塔填料上。空氣進入塔的下部并以逆流方式與水接觸，以幫助最大化傳熱。冷卻后的水被收集在收集罐中以返回熱交換器，而熱空氣排放到大氣中。

冷卻塔中的一個關鍵部件是填料，它可以進一步幫助最大限度地提高空氣/水接觸。下面顯示了兩種類型，現代飛濺填充和最有效的薄膜填充。

有許多中間選項，具體取決于預計的冷卻水質量和介質中的結垢可能性，作者將在未來的電力工程文章中對此進行討論。

注意進風的相對濕度（RH）為50%，塔排風的RH接近 100%。該數據有助于說明冷卻塔中傳熱的主要方法是蒸發一小部分（通常為 2% 至 3%）的再循環水。雖然冷卻塔流量設計的數學可能有些復雜，但已經開發了幾個簡單的方程式，可以直接估算進入冷卻塔的蒸發、排污和補充流量。

蒸發量的標準公式為：

E = (f * R * DDT) / 1000，其中 1

E = 蒸發量（單位：gpm）

R = 以 gpm 為單位的再循環率

DT = 熱水和冷水循環溫度 (oF) 之間的溫差（范圍）

| = 校正系數，其中有助于解釋顯熱傳遞，其中 β 通常在 0.65 到 0.90 之間，夏季上升，冬季下降

該系數為 1,000，是環境條件下水蒸發的潛熱 (Btu / lb)是一個很好的近似值。根據作者之前所做的一些工作，計算出圖 2 中示例的 | 為 0.78。因此對于此示例，在 150,000 gpm 的再循環流量和 27oF 的范圍內，蒸發率為 3,159 gpm。

理解冷卻塔傳熱的一個非常重要的概念是“濕球”溫度，這是蒸發冷卻可以達到的最低溫度。除非相對濕度為 100%，否則濕球溫度將始終低于環境溫度或“干球”溫度。因此，冷卻塔實際上總能將循環水冷卻到低于空冷器的溫度。在圖 2 的示例中，濕球溫度接近 57oF，入口空氣溫度為 68oF，相對濕度為 50%，因此該示例中的濕球溫度為 77o – 57o = 20oF。，較低的入口溫度是可能的。

濃縮循環和水質影響

蒸發導致冷卻水中溶解和懸浮固體濃度增加。這個濃度因子（邏輯上）稱為濃度循環（C 或 COC）。 C，或更準確地說，允許的 C，因塔而異，取決于多個因素，包括補充 (MU) 水化學、化學處理程序的有效性以及補充或排放量的潛在限制。用于計算濃度循環的代數方程為：

C = MU/BD Equation 2

比較make-中常見離子（如氯離子或鎂離子）的濃度和循環水，可以確定濃縮循環，但現場計算 C 的常用方法是在線測量比排污 (BD) 和補充液 (MU) 電導率。測量允許瞬時排污調整以保持所需的 C 值。在所有情況下，濃縮循環中都有一個臨界點，即使經過良好的化學處理，進一步的濃縮也會導致冷卻系統出現結垢或腐蝕問題。

排污與蒸發的比率由以下等式表示：

BD = E/(C – 1) 等式 3

除了排污，冷卻塔風機排氣空氣中的小水滴也會排出一些水分。這種失水稱為漂移 (D)。現代除霧器可以將漂移降低到再循環率的 0.0005%，而 Brentwood Industries 提出的設計可實現 0.00025% 的漂移率。冷卻系統中的泄漏稱為損失 (L)。以下等式顯示補給與蒸發、排污、漂移和任何其他損失之間的關系。

MU = E + BD + D + L 公式 4

對于設計良好且運行良好的塔，最后兩項幾乎可以忽略不計，因此水需求塔基本上是蒸發和排污的功能。回到方程式 3，下圖說明了圖 2 中所示塔的排污率與濃縮循環的關系。

顯然，曲線是漸近的，隨著 C 的增加，較高循環中的排污減少量減少急劇地。筆者見過不止一套規格，設計工程師選擇了更高濃度的循環，似乎沒有考慮到將由此產生的節水量降到最低。由于高濃度的水垢和腐蝕引起的雜質，水處理化學方面的挑戰確實增加了。