冷却塔冷却效率评价方法.docx

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共9页冷却塔冷却效率评价方法摘要： 利用图形法和EXCEL电子表格编程,对冷却塔冷却效率作出简单直观的判断,既方便又准确,大大简化了计算程序。1前言 冷却塔的热力计算相当复杂，手算程序尤其繁琐，并且还涉及到查表，而目前市场上虽然有一些商业性的软件，但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的，对于大型的工业冷却塔而言，计算起来误差较大，并且使用起来不方便，图形法分析能省去计算，但存在只能定性分析而不能定量分析等缺陷，考虑到焓差法计算是冷却塔热力计算的基础理论，结合冷却塔工艺热平衡图，笔者采用EXCEL电子表格设计了热力计算程序，

2、只需具备EXCEL编辑公式的能力就可直接操作，操作简单，方便实用。非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用。2理论分析.(1)Q：冷却水量，m3/h xv:容积散质系数，kg/m3hk:蒸发水量散热系数 i,i”空气焓值，饱和焓值，kJ/kg Cw:水的比热，kJ/kg式(1)中右边表示冷却塔的冷却任务的大小,称冷却数或交换数。与设计的进出水水温、温差以及大气气象条件决定的 ,左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力，称冷却特性数,与选择填料的热力性能和气水比有关,对于给定的冷却任务而言,可以选择适当的填料以及填料体积来满足冷却任务。（1）式右边可用1所示的冷却塔工艺热平衡形象地表述水

3、与空气之间的关系及焓差推动力。图1:冷却塔工艺热平衡图1中AB线为饱和焓曲线，与进出水温度t1和t2有关，CD线为空气操作线，C点对应为进塔空气焓，D点对应为出塔空气焓， CD线与取决于大气条件、气水比以及温差。其中,tm为平均温度，。3 评价结合图1的原理，利用EXCEL编程计算冷却效率，可以简化查表步骤，既方便又快捷。图6：冷却塔冷却数计算表格的表头制作首先设计如图6所示的表头，图中BH项为设计者直接填入数值,IX项为计算机自动显示值处,下面分步介绍自动计算表格的设计。1).饱和水蒸汽压力的计算 计算饱和水蒸汽压力式中T=273+（为空气温度）Pq=98.06510E（kpa）则相当于湿球

4、温度的水蒸气压力编写方法是用鼠标单击K6处，然后在如图所示的编辑输入=98.065*10(0.014196-3.142305*(1000/(273+D6)-1000/373.16)+8.2*Lg(373.16/(273+D6)-0.0024804*(373.16-(273+D6),输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时相当于湿球温度水蒸气压力公式编辑完毕。同理，相当于干球温度的水蒸气压力编写方法是用鼠标单击L6处，将上式中的D6改为E6即可。2）.相对湿度的计算相对湿度可按进行计算，则相对湿度的编写方法是用鼠标单击M6处，然后在如图所示的编辑栏输入=（K

5、6-0.0006628*F6*(E6-D6)）/L6,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时相对湿度的公式编辑完毕。3)湿空气容重的计算湿空气容重可按进行计算，则湿空气容重编写方法是用鼠标单击N6处，然后在如图所示的编辑栏输入= (F6-M6*L6)/0.287/(273+E6)+M6*L6/0.4615/(273+E6)，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时湿空气容重公式编辑完毕。4）气水比的计算气水比按进行计算，则气水比编写方法是用鼠标单击O6处，然后在如图所示的编辑栏输入= N6*H6/1000/G6，输完

6、之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时气水比公式编辑完毕。5）饱和空气焓的计算为方便统一的公式编辑，同时省去查表的步骤，可引入内田秀雄1给出饱和焓与温度的关系式: ,即图中的AB线，此关系式在2040误差仅为1%，因此t1对应的饱和空气焓的编写方法是鼠标单击P6处，然后在如图所示的编辑栏输入= 8.265-0.24*B6+0.0254*B62，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时t1对应的饱和焓公式编辑完毕。t2、tm对应的饱和焓编写方法同t1对应的饱和空气焓的编写方法，将上式中的B6改为C6、J6即可。6）进出塔空

7、气焓值的计算由图1可以看出进塔空气焓可近似等于湿球温度对应的饱和空气焓，因此i1编写方法同t1对应的饱和焓，只是将上式中的B6改为D6。空气操作线CD上任意一点可用求出。因此i2编写方法是鼠标单击T6处，然后在如图所示的编辑栏输入= S6+I6/O6，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，im编写方法是鼠标单击u6处，然后在如图所示的编辑栏输入= (S6+t6)/2。7）逆流塔冷却数的计算 考虑到计算精度，逆流塔冷却数的计算积分采用辛普逊（Simpson）二段公式作简化计算：则编写方法是鼠标单击V6处，然后在如图所示的编辑栏输入= I6/6*(1/(P6-T

8、6)+4/(R6-U6)+1/(Q6-S6)，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键。8）横流塔冷却数的计算先按求逆流塔冷却数的方法求出n,再除以修正系数F0。F0的编写方法是鼠标单击W6处，然后在如图所示的编辑栏输入= 1-0.106*(1-(Q6-T6)/(P6-S6)3.5，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键。H的编写方法是鼠标单击X6处，然后在如图所示的编辑栏输入= V6/W6，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键。此时整个计算程序编写完毕。用此程序校验手算值（上海科学技术出版社

9、1981年出版的冷却塔及中国建筑出版社1986年出版的给水排水设计手册第4册书中的例题（见表1）。表1：手算和电算结果对照表塔型逆流塔（2）横流塔（3）参数气水比0.50.60.91.0进塔温度（）40.2440.2440.2445出塔温度（）32323235干球温度（）25.725.725.724干球温度（）22.822.822.830大气压力（Kpa）99.65899.65899.65899.293结果手算冷却1.0240.8610.6920.613电算冷却0.970.820.680.63差值（%）5.56%5%1.76%2.7%从表1可以看出手算和电算值结果相差不大（1.76%5.56%

10、）,因此采用此程序可信度较高。下面结合某横流塔几种不同的测试工况，利用此EXCEL程序对其判断（见图7）。表2：某大型横流塔设计及测试情况项目设计条件测试工况1测试工况2测试工况3水量（m3/h）3300352035203150干球温度（）3332.336.231.4湿球温度（）2829.126.0526.27进水温度（）4337.439.1739.14出水温度（）3331.833.1632.11风量（m3/h）243000246000242000253000大气压力（Kpa）99.96100.9101.4299.96图7：某横流塔冷却数计算结果值将测试的三个工况的BF项直接填入表格中,然后用

11、鼠标单击I6处,按住鼠标,按住鼠标左键不放,将鼠标拖至X6处,将鼠标移至X6右下角,待光标变成小“+”时,按住鼠标左键不放,将鼠标移至第9行,就可完成复制工作,在7、8、9行处计算机可以自动显示数值，测试工况1冷却数计算值大于设计值，填料的容积散质系数比设计值大,能满足冷却任务,而测试工况2、3均低于设计值(工况2是在该冷却塔运行六年后进行测试的，工况3是该冷却塔在更换填料后进行测试的)，尤其是运行六年后，填料的容积散质系数下降幅度较大，已不能满足冷却任务的需要。而改造后也未达到设计任务的要求，因此还存在着改造的缺陷。单纯从冷却数的大小不容易看出冷却效率降低多少，可以将不同工况下的冷却数修正到

12、设计条件下，求出出水温度或水量。具体操作步骤见图8、图9。图8：修正至设计条件下出水水温校核图将设计条件下的工况复制至第10行处，然后保持水量不变，将出水温度空出，再在空栏处填入出水温度，直至填入的温度满足测试工况条件下的冷却数值。由图可以看出，修正到设计条件下，出水图9：修正至设计条件下出水水温值水温为32.5时，满足要求，因此该塔的冷却效率为（43-32.5）/（43-33）100%=105%，同理可将工况2、3修正到设计条件下得到出水温度为33.9和33.2，因此冷却塔效率分别为91%和98%。分析其改造不成功的原因主要有： 填料片间距过大，水力停留时间短 由于横流塔百叶窗的安装角度不合

13、理，同时由于横流塔支撑架多，在安装过程中不可避免地在原百叶窗上开孔，如果对有孔部位不进行修补，横流塔溅水相当厉害，尤其在不开风机时加剧，造成冬季百叶窗易结冰，导致百叶窗及挡水板变形，向外凸出，水直接冲击边层填料，形成水幕，并且自上而下越来越密，无形中增加了风机的运行阻力，减少了风量，同时水幕对边层填料具有冲击破坏作用，加剧了填料的部分垮塌。因此在改造过程中不可忽视，在挡水板凸出处再插入新的挡水板。未综合考虑整个气室的配风均匀性，填料安装没有按照上密下疏的原则，同时填料安装并未交错安装，影响了填料的热力性能。由于横流塔内部结构本身复杂，填料支撑架过多，同时每层填料间安装了填料框，无疑这些增加了风

14、机的阻力，对于钢筋支撑架而言，要改造已很困难，但可以撤消填料框架，用相同材质的PVC板代替填料框架。减少风机的运行阻力。由于风机的抽吸作用，有部分水飘落在收水器与填料之间，未经过充分换热，由上自下逐渐增加，因此可考虑略微增加原底部12层填料深度，以保证充分换热。当然单凭某一工况的测试就对冷却塔的热力效率作出评价，不是非常严谨的，如要对冷却塔作出科学合理的判断，按照NDGJ89-89工业冷却塔测试技术规定要求，需对冷却塔进行全面测试，测试项目包括大气参数，进出水温，进塔空气量，出塔空气干湿球温度，塔各部分风阻，风机全压，至少测出15个不同的工况，然后在不同工况下，计算出冷却数及容积散质系数，用最

15、小二乘法，得出式（2）和式（3）（2）.（3）：气水比，kg/kgg:通风密度，kg/m2sq:淋水密度，kg/m2sA.B：试验常数m.n:试验指数根据此关系校核在设计条件下的出水水温或水量，然后对冷却塔效率高低作一评价。同样可以采取EXCEL方法对其进行编辑,在此不再赘述。4.结束语采用EXCEL表格对冷却塔冷却效率进行编程，使得烦琐的计算变得轻松，工作效率大大提高，需要几个工作日时间只需几分钟就可完成，为冷却塔计算提供了方便，对冷却塔的运行状况做到心中有数,为冷却塔改造和开发提供可信的依据。参考文献：1赵振国.冷却塔.北京：中国水利水电出版社，1997.62李德兴.冷却塔.上海：上海科学技术出版社，1981.3给水排水设计手册第4册.北京：中国建筑工业出版社，1986.第 9 页 共 9 页