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1、毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：机械通风冷却塔降噪增效研究姓 名 学 号 学 院 能源与动力工程学院 专 业 热能与动力工程 年 级 指导教师 2010年 月 日目 录摘 要IABSTRACTII主要符号表III第一章 前言11.1课题研究背景11.2课题研究意义21.2.1 课题研究的经济效益21.2.2 机械通风冷却塔降噪增效研究的社会效益31.3课题相关研究现状31.3.1冷却塔性能分析及效率优化的影响研究31.3.2机械通风冷却塔相关计算理论的研究41.4 论文研究的主要内容61.4.1 研究的主要内容61.4.2 研究的主要目的7第二章 冷却塔概况82.1 冷却塔的分类82

2、.2 机械通风冷却塔的工作过程92.3 冷却塔的结构92.3.1 塔体92.3.2 填料92.3.3 配水系统102.3.4 收水器102.3.5 风机102.3.6 雨区102.3.7 集水池112.4 塔内的传热和传质112.4.1 接触散热-传热112.4.2 蒸发散热-传质112.4.3 接触散热与蒸发散热的关系-刘易斯关系式122.4.4 热力计算的焓差法公式122.5 冷却塔性能的相关理论132.5.1 冷却塔的理论冷却极限132.5.2 冷却塔性能的评价指标13第三章 机械通风逆流湿式冷却塔的计算153.1 湿空气的性质153.1.1 湿空气的温度153.1.2 饱和水蒸气压力1

3、53.1.3 相对湿度153.1.4 湿空气的密度163.1.5 含湿量163.1.6 湿空气的比热163.1.7 湿空气的比焓163.2 冷却塔空气动力计算173.2.1 冷却塔动力计算173.2.2 冷却塔阻力计算173.3 冷却塔热力计算233.3.1 冷却塔出塔水温的求解233.3.2 出口气态的决定253.4 冷却塔计算的应用程序263.4.1 编程计算的思路263.4.2 程序流程图263.4.3 程序说明26第四章机械通风冷却塔冷却效率影响因素的研究284.1 课题所对应的电厂冷却塔参数概述284.2研究过程概述284.3研究结果分析28第五章 机械通风冷却塔噪音的控制345.1

4、 冷却塔噪音的产生345.1.1 冷却塔的噪声产生原因及大小345.1.2冷却塔的噪音特性365.1.3冷却塔的噪音的控制标准365.2 噪音控制机理及措施375.2.1塔内传声途径的声波阻隔375.2.2塔外传声途径的声波阻隔385.3 本项目适用的降噪方案39第六章 结论与展望40致 谢42参考文献43附 录46一.英文原文46二中文翻译53三.课题相关matlab程序64四.程序运行所得数据73五.电厂冷却塔已知参数74摘 要 本文一方面针对热电厂运行过程中出现的凝汽器真空度过低，冷却塔的冷却效果较差的实际问题，应用机械通风冷却塔设计和校核计算的相关理论，编制了冷却塔计算的程序，结合电厂

5、的运行参数，分析了该电厂中问题的产生的最主要原因-冷却塔进风口的阻力过大，分析研究得出了冷却塔的出塔水温及温降与降噪板数目的关系；另一方面对机械通风冷却塔的噪音问题，从噪音产生原因、控制的标准和措施上进行了总结。综合考虑得出既可以提高冷却塔效率又能控制噪音的理论上的可行性方案：适当减少降噪板数量同时对于雨区的噪音进行控制。关键词：机械通风冷却塔；冷却效率；编程；噪音ABSTRACTThis article is aiming at solving two kinds of problem。For one, the vacuum ofthe condenser is lower which is

6、 related to the poor cooling effect of the mechanical draft cooling tower in thermal power plant during the operation process. In order to solve the problem ，we make up the compute program of the cooling tower with the guidance of the theory connected to the design and check of the mechanical draft

7、cooling tower. Combined with the operational parameters of power plant, we get the function equation between the temperature of the water leaving the tower and the number of the plates reducing noise. Though the analysis of the data obtained from the program, we find it is the resistance of the plat

8、es that account for the biggest proportion in all the resistance of the cooling tower. For another ,we make a research into the knowledge of noise in the mechanical draft cooling tower, ranging from the from the causes, the control standard to the control measures .Taking all into consideration we f

9、ind measures to improve the efficiency of the cooling tower while minimizing the level of noise to the lowest, Namely, reduce the number of the plates and control the noise of the rainy area in mechanical draft cooling tower.Key words: mechanical draft cooling tower; cooling efficiency; programming；

10、noise 主要符号表 水的蒸发散热量，kJ； 以焓差为基准的容积散质系数，kg/(m3·s·kg/kg)； 温度为水温t时饱和空气比焓，kJ/kg； 空气比焓，kJ/kg； 塔内填料高度处空气流速，m/s； 水的接触散热量，kJ； 散热系数，kJ/(m2·)； 以水蒸气分压力差为基准的散质系数，kg/(m2·h·Pa)； 饱和湿空气中的水蒸气分压力，Pa； 湿空气中的水蒸气分压力，Pa； 湿空气的比热，kJ/(kg·)； 循环水量，kg/h； 进塔干空气量，kg/h； 进塔水温，； 出塔水温，； 冷却数； 冷却特性数； 蒸发水量带走

11、热量系数； 空气干球温度，； 空气湿球温度，； 大气压力，kPa； 空气的相对湿度； 空气的含湿量，kg/kg； 空气的密度，kg/m3； 湿空气的比热，kJ/(kg·)； 水的汽化潜热，kJ/kg； 风机的全压，pa； 重力加速度，m/s2；Q 总循环水量，m3/hHt 填料处阻力F1 进风口的面积，m2F 冷却塔的淋水面积，m2； 填料断面的气流速度，m/s； 填料断面空气密度，kg/m3； 淋水装置阻力； 机械通风冷却塔内某部分的阻力系数；（n为整数） 进风口的阻力系数 填料下雨区的阻力系数 进入淋水装置前气流转弯阻力系数 气流穿过配水装置的阻力系数 配水装置阻力系数 H7 收

12、水器的气流阻力 风筒圈梁进口阻力系数 风筒进口渐缩段阻力系数 风机风筒出口扩散段阻力系数 冷却塔总阻力系数，kg/(m·s2)； 淋水密度，m3/(m2·h)； 冷却塔内的平均水温，； 温度为时的饱和空气比焓，kJ/kg； 冷却塔内的气水比，kg/kg； 冷却塔的冷却温差，； 冷却塔的效率系数，%； 冷却塔出口气流速度，m/s； 冷却塔出口气流速度，m/s；第1章 前言冷却塔是电厂的重要辅助生产设备，它是通过空气与水之间的传热和传质将水冷却的设备，其工作过程就是把火电厂汽轮机末端的排汽在凝结成水的过程中所要散发出的大量热释放到大气中，使凝结水获得较低的水温。1一般来讲，冷却

13、塔性能的好坏会在很大程度上影响电厂的经济性。 冷却塔的型式多种多样，分类的依据也有很多。根据塔内热质交换的形式，即空气与水是否直接接触，可分为干式冷却塔和湿式冷却塔和混合式冷却塔；根据塔内水气流动的方向可分为逆流式塔和横流式塔；根据塔内通风方式可分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔及自然与机械混合通风冷却塔三种。1.1课题研究背景机械通风冷却塔（又称机力通风冷却塔、机力塔）因其在性能上独有的优势而在一些工程实践中得到了应用。 机械通风冷却塔使用风机通风，与自然通风冷却塔相比具有以下优点3： 1. 冷却效率高、稳定：机力塔使用通风机通风，塔内的风速相比自然通风冷却塔高一些，填料断面的气流速度一般为

14、2.2-3.0m/s,冷却幅高可达35，冷却效果相对较好，自然通风冷却塔填料断面的气流速度一般为1.01.2m/s且受环境温度湿度等因素的影响较大。 2.占地面积小，节约空间和材料：由于塔内风速高，其淋水密度(逆流式)通常取12-15t/(m2.h),比自然通风冷却塔的大，因而完成同样的冷却任务，机械通风冷却塔占地面积小。3.运行、维护：机力塔面积小部件数量少、维修一次工作量相对小。理论上自然塔正常运行时维护工作量比较小,实际上自然塔是开敞式的, 受大自然的影响比较大, 喷溅装置、除水器、淋水填料损坏的可能性时刻存在, 按照运行要求自然塔应该定期进行巡查,在发生大的气象变化时应随时进行检查,

15、对损坏的部件进行更换, 自然塔面积大部件数量多, 维修一次工作量相当大, 如果大修时需要更换淋水填料则工作量更大。 4.初期投资小：在相同条件下，机力塔的初期投资要小于自然塔。机械通风冷却塔与自然通风冷却塔最主要的区别为：自然通风冷却塔是靠塔内外空气的密度差产生抽力使空气进入塔内与循环水进行换热；机械通风冷却塔依靠风机来通风。由于增加了风机，机械通风冷却塔的的问题也随之而来。首先增加了冷却塔的能量消耗，风机运行需要配套的电机来提供电能，运行费用高。其次由于增加了风机及其辅助运行设备，加大了设备的维修工作量。再次风机等设备的运转使冷却塔的噪音明显增加。国内关于噪音有相关的标准，因此必须采取相应的

16、噪音控制措施。在进行噪音控制的过程中，需要对设备的结构进行改进，这些改变一般会对冷却塔性能产生不利影响。现行的噪音控制方式是在冷却塔进、出风口及其附近加降噪板、隔音屏等措施等，这些措施均恶化了冷却塔的性能。使同等条件下冷却塔的出水温度变高。本课题以北京市某热电厂为背景，对该厂机械通风冷却塔运行中的问题进行研究，该厂冷却塔在运行中存在冷却效果差的问题，电厂冬季汽轮机的真空度只有92%，出塔水温偏高，满足不了机组的运行要求。初步分析得出的原因是进风口用于控制噪音的降噪板布置过于密集，大大增加了进风阻力。1.2课题研究意义该课题的研究有重要的经济和社会意义。 课题研究的经济效益该电厂基本参数如下：2

17、台25万千瓦燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，3台100百万大卡/时燃气热水炉，总装机容量50.8万千瓦，年发电量约19亿千瓦。电厂运营使用清洁燃料天然气。冷却塔性能的好坏会在很大程度上影响电厂的经济性和稳定性。首先电厂的冷源损失是各个环节损失中最大的一项。如果冷却塔性能不好，或者是运行不稳定，将会使循环冷却水的温度升高，而冷却水温的升高将使凝汽器的真空下降，汽轮机组的工作效率下降，从而导致发电的煤耗量增加，使设备的出力降低，大大地影响了电厂的热效率。有数据表明，对于使用汽轮发电机组的发电厂，冷却水温度的下降和热效率的提高成正比关系，对中压机组，冷却水的温度每下降1效率能够提高0.47%；对高压

18、机组能提高0.35%；核电厂则能提高0.7%。文献5分析了冷却塔的节能潜力，指出了冷却塔出塔水温每升高1对发电机组的效率的影响，如表1-1所示：机组容量(MW)2550125200300350效率降低（%）0.4510.3810.310.3280.230.242煤耗率增加（g/kW·h）1.941.521.0331.1070.7980.738热耗率增加（kJ/kW·h）56.8644.8430.2832.4423.3921.63煤耗量增加（t/h）340536904155016761808表1- 1 出塔水温升高1的经济性变化可见冷却塔的节能潜力是十分巨大的。由于目前电厂的

19、锅炉效率和汽轮机效率都已经达到90%以上1，节能优化的空间已经不是很大，而迄今为止我们对冷却塔节能潜力的认识还远远不够。如果能从这个方面着手进行节能改造，必将带来比较明显的节能效果。其次，冷却塔性能的优劣还会影响到电厂运行的安全性和稳定性。凝结水的温度越低，汽轮机的热效率越高；反之，凝结水的温度越高，不仅影响汽轮机的热效率，甚至还会危及汽轮机运行的稳定性。 机械通风冷却塔降噪增效研究的社会效益 随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，人们对生活质量的关注也越来越多；伴随着科技进步，工业生产过程对环境的污染也越来越多，噪音污染是环境污染的重要组成部分，严重危害妨碍人们的正常生活，影响人们的身体健

20、康。 该电厂位于北京市五环以内某大型居民区附近，电厂的设计需慎重考虑环保问题，电厂的噪音的控制不仅影响到周围居民的生活，更对北京市的环境有直接影响，社会意义重大。1.3课题相关研究现状 由于机械通风冷却塔的推广受运行维护费用高的限制，国内外对机械通风冷却塔的研究相比自然通风冷却塔要少一些，但两者在绝大部分的运行机理上是相似的。因此自然通风冷却塔的众多研究对机械通风冷却塔的运行有借鉴意义。冷却塔性能分析及效率优化的影响研究人们常习惯于从能量分析的观点研究冷却塔的运行特性。但是，仅从能量数量的观点有时不足以描述能量利用的一些重要特点。Muangnoi等6根据热力学第二定律，将湿式塔内的空气火用以对

21、流和蒸发换热的形式进行表述，对冷却塔各个部分进行了火用分析。计算结果表明水的放热火用要高于空气吸收的火用，系统有熵产。从塔顶到塔底，水的火用逐渐降低。空气的对流换热火用在进风口有所降低，在出口又恢复至原值。但是空气的蒸发换热火用很大，占水放热火用的大部分，空气的火用变主要是由于蒸发换热引起。由于热动力的不可逆性，冷却过程在塔底进风口火用损最大，沿塔高逐步降低，火用损在塔顶最小。此外，作者认为空气的干球温度和湿度存在一个最佳值，使第二定率热效率最高。但是该方法受环境温度和湿度的影响较大，所得结论适用范围较小。Smrekar7给出了合理的配水模式，可降低机械通风冷却塔的火用损。文献6介绍了湿式冷却

22、塔的各种模型试验和现场试验，得到了不同环境参数和进塔水流量、水温时塔的热力参数，试验结果显示汽水比是影响塔传热单元数的最大因素，而且环境压力越大、进塔水温约低，最佳气水比的值越高。由于冷却塔的冷却性能是凝汽器温差变化和冷却塔温差变化两方面综合作用1的结果，因此有必要建立合适的评价体系反映塔的性能。传统的冷却塔水温差的计算和修正方法只适用于进塔水量等于设计工况的情形，应用范围太窄。刘乃玲11提出了冷却塔性能系数的概念，但推导过程中没有考虑填料层阻力的影响。Jose12定义了“流体动力效率”来评价塔填料的热力性能，并指出填料的性能和冷却塔的高度是无关的。随着人们对冷却塔性能研究对不断深入，冷却塔的

23、性能优化问题逐渐受到关注。湿式冷却塔的填料层和配水区是传热传质的核心区域，因此目前冷却塔的优化多是针对这两个区域。Milosavljevic等13详细分析了不同填料材质对冷却塔性能的影响，并通过模型塔的试验，给出了不同结构形状PVC填料热力特性的半经验公式。 但是，冷却塔填料的性能优化一定要配合淋水系统的优化同时进行15，才能发挥其最佳效率。Fisenko16建立了机械通风冷却塔控制系统的数学模型，比较两个塔了并联和串联两种运行模式，发现两塔并联的效果更好；但当喷嘴性能受水流量影响较大时，应采用串联方式。Maiya17在传统的逆流湿式机械通风冷却塔基础上，将塔出口处的冷却水送入进风口附近的换热

24、器，用于冷却进塔的空气，然后用Merkel方法对新型系统进行了计算，指出新型塔的冷却幅高要比传统的逆流湿式塔高约2 。但是由于新型的水流动系统增加了换热器投资，同时增大了冷却塔进风阻力和给水电耗。机械通风冷却塔相关计算理论的研究.1 机械通风冷却塔热力计算理论的研究目前关于冷却塔塔内传热传质性能的计算有三种典型的方法：Merkel法、Poppe法和-NTU法。Merkel法19将湿空气焓值引入计算过程，认为湿空气的焓差为驱动塔内传热和传质的动力，并利用Chebyshev积分计算出空气的焓差和冷却数。虽然Merkel法简化了计算，但却忽略了蒸发水量的影响，并假设Lewis系数等于1，不能精确反映

25、填料层的传热传质过程，使得该方法计算结果在环境温度较高时误差较大。Poppe法将塔出口空气分为未饱和状态和过饱和状态分别考虑，并用4阶Runge-Kutte法求解出口空气的含湿量和冷却数。Poppe法虽然精度有所提高，但计算难度大大增加。-NTU法和Merkel法采用了类似的假设，将饱和空气焓值视为水温的线性函数，因此计算精度和Merkel法类似，也比Poppe法要低。现在采用最普遍的仍是Merkel方法，尤其是在计算填料区的传热系数关联式时。Merkel方法假设在传质区域的出口空气达到了饱和状态，该假设是比较合理的，除非外界环境非常干燥炎热。但是在混合闭式冷却塔该假设是不适用的，只能应用Po

26、ppe法，因为Poppe模型可以准确区分塔出口气流的饱和状态。但是以上三种方法都没有考虑侧风对湿式塔内冷却性能的影响。张晓锋20用MATLAB绘出了无风时机械通风空冷塔风筒内的流场，并指出在风筒的中心处存在一个空气倒吸的区域，将塔做成双曲型可有效消除空气倒吸现象。Fisenko等212223建立了机械通风冷却塔内换热的数学模型，模型中引入了多分散系统雨滴直径的分布函数，并考虑了气水间的相互作用力，然后作者模拟计算了各种环境、运行参数对塔性能的影响，结果显示雨滴直径对塔性能影响最大，而且环境压力越低，水蒸气扩散系数增加，蒸发水量越大。但该模型不能用于冬季低温工况或者有侧风的工况。Bourouni

27、24计算了机械通风塔内的气温和水温，认为在一定高度时塔内会有从湿空气到水的负向传热，并指出进出塔水温差要高于气温差，蒸发换热是主要传热形式，蒸发水量占循环水量的5.1%.2 机械通风冷却塔空气动力计算理论的研究机械通风冷却塔空气动力计算的依据为塔内阻力等于风机工作时的全压，关于塔内总阻力的计算，国内部分学者作了研究。史佑吉25指出塔内的阻力由以下10部分组成：进风口、导风装置、进入淋水填料气流转弯、淋水填料气流突然收缩、淋水填料、淋水填料出口突然扩大、配水装置、除水器、风机进风口、和风机风筒出口，并给出了各部分组力计算的实验公式，但给出的各部分资料除淋水填料和除水器阻力有实测资料外，其余部分很

28、少实测资料，多属单独测试资料，各构件阻力在塔内的相互影响也没考虑。因此推荐采用同类型塔的实测总阻力系数或进行专门的模型试验。赵振国4指出塔内的阻力由进风口、填料下雨区、从水平转向进入淋水填料气流转弯、淋水填料段、配水装置、除水器、风机进风口、和风机风筒出口气流阻力损失及风筒出口气流能量损失等9部分组成，但该方法仍是各部分的阻力简单相加，没有克服对塔的综合研究不够这一问题。韩玲，潘椿26对逆流式机力通风冷却塔的空气动力阻力进行了计算。通过与实塔测试结果比较,认为用求冷却塔各部件阻力之和计算冷却塔的总阻力的方法是基本可行的,但计算方法要进行一些修正。因此她在编制逆流式机力通风冷却塔的计算程序时引入

29、了塔体总阻力系数,其对应的是填料区风速的总阻力。运用各部分组里相加再乘以修正系数的方法是目前冷却塔阻力计算的通用方法，但该方法还需要进一步实验探索完善。.3 机械通风冷却塔噪音控制的研究国内外目前采用的主要噪音控制措施可归结为塔内、塔外两种基本途径，塔内以声源的降噪处理为主，塔外则包含传声途径上的声音阻隔（隔声）、声波吸收（含沿程吸收衰减）以及距离衰减（声能扩散）等三种方式，其中以声波阻隔辅以声波吸收为塔外治理的主要手段，无论是塔内的声源治理技术还是国外已有的塔外声波阻隔技术，在我国的应用刚刚起步30。1.4 论文研究的主要内容鉴于我国发展规划中对节能减排、低碳经济和构建和谐社会的要求，提高运

30、行机组的效率、降低其煤耗量、节约成本、减轻污染显得越来越重要。由于该课题中电厂所处的重要位置，在塔的设计过程中重点考虑了机组的环境效益，导致牺牲了过多的经济效益，目前冷却塔的运行中冷却效率低，如何在保证环境效益的同时寻求最大的经济利益是该热电厂最为关心的问题。 研究的主要内容以该厂的1、2号25万千瓦燃气-蒸汽联合循环热电联产机组的配套机械通风逆流湿式冷却塔作为分析对象，分析冷却塔运行中存在的问题，确定冷却塔效率与降噪板数量的关系并对噪音防控的理论方案进行了总结。本论文主要拟完成以下几个方面的内容：1.建立了冷却塔进口降噪板对冷却塔运行效率影响的计算模型。2. 运用焓差法利用matlab程序基

31、于上述模型编制了计算冷却塔冷却效率（分别以出塔水温和冷却温差为标准的）与冷却塔的进风口降噪板面积的定量关系的程序。3. 利用origin软件对所得数据处理，得出冷却塔冷却效率与冷却塔的进风口降噪板面积的关系图。4. 通过对噪音控制机理的研究，揭示了理论上可行的几种降噪增效方案。5. 综合分析，提出了冷却塔性能改进的可行性措施。 研究的主要目的通过以上分析，确定了冷却塔设计过程中进风面积对冷却塔效率的影响，从而定量的揭示了该厂冷却塔运行过程中降噪对冷却效率的不利影响，为寻求新的降噪方式、优化冷却塔的冷却性能提供了理论依据和部分数据支持。第二章 冷却塔概况电厂中冷却塔的任务是把火电厂汽轮机末端的排

32、汽在凝结成水的过程中所散发的大量热量释放到环境中，并以较高的冷却效率2，使凝结水获得较低的水温。2.1 冷却塔的分类冷却塔的型式多种多样，分类的依据也有很多。根据冷却塔热质交换的形式，可分为干式冷却塔和湿式冷却塔两大类；其中湿式冷却塔按水流及气流的方向分为逆流塔和横流塔两种；根据冷却塔通风方式又可分为自然通风冷却塔和机械通风冷却塔或自然与机械混合通风冷却塔4。湿式冷却塔是空气与水进行直接接触，进行传热、传质，达到降低循环水温度的目的。为此在塔内设置了供水、分水、配水管道，使水能均匀溅散的喷溅装置，为水和空气提供充分热质交换条件的淋水填料和为消除水滴、减少飘滴对环境污染的收水器等，这些统称淋水装

33、置。湿式冷却塔按水、气流动方向可分逆流式和横流式。逆流式是指水流由上而下，空气则由下向上流动，在水气作相对运动的过程中进行热质交换；横流式则指水由上而下流动，空气流动方向与水流呈90度夹角。这两种型式淋水装置的主要区别就在于逆流塔的淋水装置设在塔体内，而横流塔则将淋水装置设在塔体的外围或两侧。逆流塔水的冷却过程包括喷溅装置（冷却10%左右）、淋水填料（冷却70%左右）和填料下部的雨区（冷却20%左右）三个部分，而横流塔则100%在填料区内冷却。一般情况下，逆流式冷却塔较易控制冷却水温度，占地面积小，其缺点是，空气流动阻力较大增加了风机的动力消耗，热水系统不易维护。鼓风式冷却塔的风机安装在冷却塔

34、的下部地面上，主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。在大中型机械通风冷却塔中，主要采用轴流式抽风机。抽风机以57m/s的速度向上排送空气。通常装有鼓风机的冷却塔大都是逆流塔，而装有抽风机的则为逆流塔或横流塔25。本课题所针对的电厂使用的是抽风式机械通风逆流湿式冷却塔，如无特别说明，本文中所指的冷却塔均指抽风式机械通风逆流湿式冷却塔。2.2 机械通风冷却塔的工作过程图2.1 抽风式机械通风逆流湿式冷却塔的结构示意图（抽风式） 如图2.1所示，机械通风冷却塔把所需冷却处理的水压到冷却塔塔上部，再通过配水装置均匀的喷洒于填料上，热水从淋水填料上部落下，同时不饱和空气从填料下部上升或由侧面进

35、入淋水装置，在填料间隙的流动中，热水与不饱和空气进行冷热交换，水温降低，空气变成热空气，再由风机抽出塔外，从而达到水温降低的效果。2.3 冷却塔的结构4 塔体机械通风逆流式冷却塔的塔体一般为钢筋混凝土，多为几座连成一体，平面上为正方形或矩形。进风口应放在长边上。进风口面积与塔填料面积之比取0.50.6。填料阻力大时，进风口高度可以小一些。为了减小进风口的阻力损失，有些塔在进风口上檐加导风板。更简单的方法，在进风口上檐向上一定距离加一块平板，也能起到导流作用。塔的总冷却面积由淋水密度q决定，一般取q=14t/(m2·h)左右。该电厂塔体为钢筋混凝土结构。 填料填料的作用是将进入的热水尽

36、可能地形成细小的水滴或形成薄的水膜，增加水和空气的接触面积和接触时间，有利于水和空气的热交换，因而它是冷却塔的重要组成部分。其所产生的温降占整个塔温降的60%70%，应选用温降大、气流阻力小、价格便宜的填料，应采用亲水性材料，使水在填料表面能形成水膜，缓慢流下，有充分的散热时间，以提高散热效率。淋水填料分为点滴式、薄膜式和点滴薄膜式三种类型。该电厂采用改性p.v.c,型号为TX-II双梯波。 配水系统配水系统的作用是保证在一定的水量变化范围内将热水均匀地分布于整个填料面积上，充分发挥填料的作用，它是提高冷却塔冷却效果的重要方面，此外在设计配水系统时应尽量减少动能消耗，并注意使维护管理和水量调节

37、方便，同时还要求具有较小的通风阻力。 收水器从冷却塔排出的热湿气流中，有一部分小水滴被带出塔外，随风飘落在塔周围的地面上，这部分损失的水量称为风吹损失；另一方面，从塔中落向周围的水滴像下雨一样，影响周围环境，冬天会在塔周围结冰，甚至影响交通。为了消除或减小上述不利影响，减少水的损失，现在的冷却塔基本上都要求安装收水器。收水器装在淋水装置的上方，将气流携带的水滴尽量拦截下来，流回到循环水中，不被气流带出塔外。收水器的安装方向，应保证使收到的水顺利地流回水池，并使塔筒内气流不形成大的旋转。选择收水器的原则为：收水效率高，气流阻力小，坚固耐用，价格低。该电厂采用BO45/160型收水器。 风机在机械

38、通风冷却塔中，通风是靠风机来形成的。可采用抽风式或鼓风式。我国一般采用抽风式。风机的选择应综合考虑其全压、功耗、噪音等因素。2.3.6 雨区在逆流塔中，填料以下、水池水面以上的部分称为雨区。也有的将此区称为配风区，即气流进入冷却塔以后，经过此区域，然后进入填料。在有自然风时，风会穿过雨区将下淋的水吹到塔外，并引起塔进风的不对称。为防止自然风的影响，有些塔在雨区设十字形（或更多分支）隔墙。2.3.7 集水池热水经过冷却后，汇集到集水池内，然后从集水池流到水泵房，循环使用。集水池的容积，应保证冷却塔的正常运行，以及冷却塔突然停运时，水不会溢出池外。配水区、填料层和雨区是冷却水和空气之间进行热量交换

39、和质量交换的场所。常压下，蒸发潜热较之比热大三个数量级，因而蒸发少量的水将产生显著的冷却效果。水冷却程度的大小，与水和空气直接接触的接触面积、接触时间等因素有密切的关系。冷却塔配水系统中的雾化装置、填料等都是为了使水和空气有更大的接触面积和更长的接触时间而设置的。2.4 塔内的传热和传质在湿式冷却塔中，热水的温度高，流过水表面的空气的温度低，水将热量传给空气，由空气带走，散到大气中去。水向空气散热有三种形式：接触散热；蒸发散热；辐射散热。对于冷却塔来说，由辐射带走的热量很小，可以忽略不计1。 接触散热-传热两种不同温度的物质接触，热量从温度高的一方传向温度低的一方，称为接触散热。当低温空气通过

40、高温的水面时，水面也会通过接触散热，把热量传给空气。单位时间通过面积，水面传给空气的热量，可用下式表示： （2.1）式中 散热系数，kJ/(m2·)；水体表面温度，；空气的干球温度，；水、气接触面积，。由上式可以看出，接触传热的推动力是温度差。只要两物体有温度差的存在，就有接触传热，直到两物体温度相等为止。接触传热的热量可以由水传给空气，也可以由空气传给水。当水温高于空气温度时，热量由水传给空气，水被冷却；当水温低于空气温度时，空气则将热量传给水，水被加热。 蒸发散热-传质蒸发散热通过物质交换完成，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量由水温决定。在水表面

41、附近，一部分动能大的水分子，克服附近水分子的吸引力，逃出水面而成为水蒸气。由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此水温降低，这就是蒸发散热。水蒸发的单膜理论25认为，空气与水接触时，在空气侧有一层薄薄的空气膜，这层空气膜被认为是饱和的，其温度与水温相等，而水的温度则被认为表面温度与内部温度相等。蒸发出来的水分子首先进入饱和空气层，而饱和空气层的分子则不断向空气中扩散，水又不断向饱和空气层中蒸发。蒸发的快慢主要取决于扩散速度，因为水向饱和空气层蒸发瞬时即可完成，而扩散的快慢取决于饱和空气层的水蒸气压力和大气中的水蒸气压力之差，即道尔顿定律。单位时间通过水表面，蒸发的水量为： （2.2

42、）式中 以水蒸气分压力差为基准的散质系数，kg/（m2·h·Pa）；水面饱和空气层中的水蒸气分压力，Pa； 湿空气中的水蒸气分压力，Pa。 接触散热与蒸发散热的关系-刘易斯关系式对于一般循环水冷却而言，散热系数与散质系数之间有如下的关系：kJ/(kg·) （2.3）式中 湿空气的比热，kJ/(kg·)。上式称为刘易斯关系式，它表示了热交换与质量交换之间的速度关系。麦克尔引用了该关系式，导出了以焓差为动力的冷却塔计算公式。 热力计算的焓差法公式1925年，麦克尔提出冷却塔新的计算方法，把过去由温度差和浓度差为动力的传热公式，统一为以焓差为动力的传热公式，这

43、就是焓差法公式。在采用焓差法计算公式之前，冷却塔计算要分别求出潜热和显热。如果不考虑水量的变化，则热传递过程中的未知量减为两个：水温和空气比焓。相应的求解方程是27：（1）水所损失的热量等于空气所获得的热量。水从上向下流，在距离内，水温从降到，水量不变；空气向上流动，在距离内，比焓从增加到，干空气量不变，则热平衡方程式为 （2.4）（2）根据麦克尔方程，上述从水到空气的热量传递，可用焓差的公式表示为： （2.5）从式（2.4）可得： （2.6）式中 进水温度，； 出水温度，； 填料高度，m。式（2.5）加入蒸发水量系数，变为： （2.7） （2.8）式（2.6）及式（2.8）在我国习惯上称为冷

44、却数或者热交换数（number of transfer unit, NTU）。因为其中含有进水水温与出水水温之差即的积分，故N表征冷却任务的大小。式（2.4）和式（2.5）或者式（2.7）联立即可求解水温和空气比焓，其中的散质系数可由试验求得。2.5 冷却塔性能的相关理论27 冷却塔的理论冷却极限温度为的冷却水进入冷却塔后，由于冷空气的直接接触冷却和水蒸发时的冷却，水温迅速下降，直到等于环境空气的温度（干球温度）。这时如果空气中的水蒸气还没有达到饱和状态，冷却水还可以继续蒸发降温，并且从理论上讲，可以降低到环境空气的湿球温度，但这需要很长的冷却时间和很大的冷却空间。实际上，冷却塔出水温度总是高

45、于湿球温度，而无法达到湿球温度。因此环境空气的湿球温度被称为冷却塔极限温度。 冷却塔性能的评价指标.1 冷却塔的冷却温差冷却塔的冷却温差是指冷却塔的进水温度与出水温度之差，即。冷却塔的任务就是将热水冷却，因此，冷却温差越大，就意味着冷却塔的冷却效果就越好。本例中运用此方法。.2 冷却塔的冷却幅高冷却塔的冷却幅高是指冷却塔的出水温度与理论冷却极限温度的接近程度，即。冷却幅高的值越小，冷却效果越好。过分地减小冷却幅高，将增加冷却塔的成本和外形尺寸。.3 冷却塔的效率系数冷却塔的效率系数用于衡量冷却塔的完善程度，其公式为： （2.9）一个好的冷却塔，首先要有尽可能大的冷却温差。冷却温差越大，在同样的

46、汽轮机热负荷下所需的冷却水流量就越小，对减小循环水的管道、泵等输送部件的投资非常有利。但是，如果冷却塔的进水温度较高，即使冷却温差较大，冷却塔的出水温度值未必降低到符合凝汽器的要求。所以，单凭冷却温差不能完全说明问题。其次，还必须有尽可能小的冷却幅高，即出水温度要尽可能接近周围空气的湿球温度。冷却幅高越小，说明热水被冷却得越充分。所以一个好的冷却塔，不仅要有较大的进出水温差，还要有尽可能小的冷却幅高。从式（2-9）中可以看出，冷却塔的出水温度越接近环境的湿球温度，即冷却幅高越小，效率系数的值越接近于1。然而，考虑到式（2-9）中进水温度和环境湿球温度的影响，并不能说冷却幅高越小效率系数的值越大

47、。第三章 机械通风逆流湿式冷却塔的计算机械通风冷却塔的计算分为空气动力计算和热力计算，进行这些计算需要我们首先了解计算相关的湿空气的基本知识。3.1 湿空气的性质冷却塔中作为冷却介质的空气由两部分组成：一部分是氧、氮等气体，在一般的压力和温度下永远保持气态，占空气中的大部分；另一部分是水蒸气，一般处于过热状态。所谓的干空气即指不含水蒸气的空气1。 湿空气的温度以标准玻璃棒水银温度计测得的空气温度，称为干球温度，用表示。而空气的湿球温度用湿度计测量：用两支相同的温度计，其中一支用两层纱布紧紧包裹，下端置于盛满蒸馏水（以免用普通水污染纱布）的瓶中。未包纱布者所测得的为干球温度，包纱布者为湿球温度。

48、 饱和水蒸气压力饱和水蒸气压力用表示，用1939年发表的纪利公式表示为： （3.1）其中，是饱和水蒸气压力（kPa），T是开尔文温度。由上式可知饱和水蒸气压力只和温度T有关。 相对湿度1m3湿空气中所含水蒸气的质量（即其绝对湿度），与同温度下的最大水蒸气含量（饱和湿空气的绝对湿度）之比，以符号表示。对于阿斯曼湿度计，空气的相对湿度可表示为： （3.2）上式中，、分别是干球温度和湿球温度对应的饱和水蒸气压力，是大气压力。 湿空气的密度1m3湿空气中，干空气的密度和水蒸气的密度之和，即为湿空气的密度。 （3.3）其中，干空气的气体常数，； 水蒸气的气体常数，。从上式可见，在一定的大气压力和温度下，

49、空气干燥，密度大；空气潮湿，密度小。 含湿量1kg干空气中的水蒸气含量，称为空气的含湿量，用符号表示，则 （3.4）空气达到饱和时，即相对湿度时，含湿量达到最大值，以符号表示： （3.5） 湿空气的比热1kg干空气和其中含有的kg水蒸气温度升高1所需的热量，称为湿空气的比热，用符号表示，则： （3.6）其中干空气的比热，为1.005kJ/(kg·)；水蒸气的比热，为1.842kJ/(kg·)。在冷却塔中，可近似取kJ/(kg·)。 湿空气的比焓1kg干空气和其中含有的kg水蒸气的含热量，称为湿空气的比焓，即把1kg干空气和kg水从摄氏零度变为摄氏度的湿空气所需要的

50、热量，则： （3.7）其中 干空气的比焓，kJ/kg； 水蒸气的比焓，kJ/kg；水在摄氏零度时的汽化热，为2500kJ/kg；当空气达到饱和，即相对湿度时，此时空气的比焓称为饱和空气比焓： （3.8）3.2 冷却塔空气动力计算机械通风冷却塔塔体空气动力计算的任务,对老塔来说是为了核算冷却塔中空气动力阻力与风机产生的压力是否相符;对新设计的冷却塔是为了根据空气动力计算的结果合理地选择通风机,使风机在高效区运行。除此之外,通过对塔体空气动力的计算可以进一步认识塔内气流流场的规律,为合理选择塔型,降低塔体阻力,提高冷却塔的出力提供依据。 冷却塔动力计算对逆流式机械通风冷却塔,由于风机的机械作用,使

51、冷却塔的进、出口处的能量不平衡,产生压差,导致空气在冷却塔内的流动，从而塔内各部件对其呈现阻力。所以其动力等于风机的全压。 冷却塔阻力计算26塔内的阻力主要由以下10 个部分组成:进风口、导风装置、进入淋水填料前的气流转弯、淋水填料进口突然收缩、淋水填料、淋水填料出口突然扩大、配水装置、收水器、风机风筒进口段和风机风筒出口段,冷却塔内总阻力为以上各部件的阻力之和,其基本计算公式为:，本文在编制逆流式机力通风冷却塔的计算程序时引入了塔体总阻力系数,其对应的是填料区风速的总阻力。在计算了冷却塔各部件的阻力系数后再将其换算为以填料区风速计的阻力系数【】。这里需要指出的是,由于现在淋水填料发展很快,填料的试验资料也很多,淋水填料的阻力按试验资料计算,其阻力单独立项计算,不计入塔体总阻力系数。下面简要叙述塔体各部件阻力计算方法26。1 进风口的阻力系数【1】：【1】= 0. 55 (F/ F1) 2 (3.9)式中F1 进风口面积,m2 ;F 填料区面积,m2 。2 导风装置阻力系数【2】【2】=2 = (0. 1 + 0. 025q) L (3.10)q淋水密度，m3/ (m2