闭式冷却塔性能及其设计

1、闭式冷却塔性能及其设计济南达能动力技术有限公司闭式冷却塔性能及其设计济南达能 动力技术有限责任公司闭式冷却塔性能及其设计主要内容：一、闭式 冷却塔的应用二、闭式冷却塔的总体介绍三、闭式冷却塔的进风方式 改进四、闭式冷却塔设计（冷却盘管设计和填料设计）五、换热盘管 热传递分析六、高效闭式冷却塔设计原则及创新点总结七、闭式冷却 塔总体布置原则济南达能动力技术有限责任公司一、闭式冷却塔的应 用特点：温降大：冷却盘管内冷却水主要靠管外喷淋水蒸发带走热量 理论上可接近环境湿球温度清洁度高：盘管环路封闭不受环境污染减 小了结垢可能性利于系统高效运行密封好：盘管减少了连接部件降低 系统泄漏的可能性适合对系统

2、密封性要求较高的流体冷却系统。应用：因可提供清洁的冷却水而广泛用于对冷却水质量要求较高 的行业中如：电子、食品、化工、铸造、建筑、空调和制冷等行业。济南达能动力技术有限责任公司二、闭式冷却塔的总体介绍冷却 塔分类：通风方式：自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷 却塔热水和空气接触方式：开式冷却塔（湿式冷却塔）、闭式冷却塔 （干式冷却塔、干湿式冷却塔）开式冷却塔：冷却极限为环境湿球温 度循环水和空气及塔部件直接接触水质易受污染滋生军团菌并造成 设备腐蚀。干式冷却塔：冷却极限为环境干球温度。干湿式冷却塔：冷却极限为环境湿球温度。有无填料分类：无填料逆流闭式冷却塔、带填料逆流闭式冷却塔。水气流

3、动方向：逆流式冷却塔、横流式冷却塔和混流式冷却塔逆流塔：喷淋水与空气逆向流动水气间传热传质温差（焓差）大利于换 热横流塔：空气流通面积大。济南达能动力技术有限责任公司二、闭式冷却塔的总体介绍闭式 （干湿式）冷却塔内个传热传质过程：冷却水的冷却过程：冷却水通 过冷却盘管将热量传递给喷淋水。喷淋水的冷却过程：喷淋水将热量传递给空气。带填料闭式冷却塔结构：水喷淋系统、冷却盘管、PVC热交换层 （填料）、挡水板、风机驱动系统、内部检修通道和外面镀锌钢板等 组成。冷却水喷淋水进塔空气济南达能动力技术有限责任公司三、 闭式冷却塔进风方式的改进冷却水 喷淋水 进塔空气闭式冷却塔 内个传热传质过程其最终冷源是

4、进入塔内的环境空气。因此影响进塔空气流量的进风方式一直是闭式冷却塔优化设计改 进的重点。现有进风方式：下部进风无填料逆流闭式冷却塔、普通带填料 逆流闭式冷却塔上下进风 FXV闭式冷却塔（填料内空气和水横流 传热传质）上下进风 填料内空气和水逆流传热传质中部进风 增加 同流面积降低流动阻力。济南达能动力技术有限责任公司三、闭式冷却塔进风方式的改进 下部进风优点：塔下部放置了填料：强化了喷淋水的冷却填料下方喷 淋水出口温度即塔顶喷淋水进口温度。提高了管束区的传热温差。冷却水下进上出与喷淋水形成总体上的逆流换热提高了传热温差 强化了冷却水与喷淋水间的换热。普通带填料闭式冷却塔结构图济南达能动力技术有

5、限责任公司 三、闭式冷却塔进风方式的改进下部进风缺点：空气由塔底至塔顶始 终处于增温增湿状态。管束区内喷淋水与空气之间的温差和焓差变化较大一定程度上影 响了传热效率（不懂）空气流通面积小流动阻力大因而空气流通量小 传热效率的提高受到限制。普通带填料逆流闭式冷却塔中流体温度与比焓分布济南达能动力 技术有限责任公司三、闭式冷却塔进风方式的改进上下进风气水横流 改善措施：上部和下部进风分别流过管束和填料利于形成较大的通风 面积空气流通面积缺点：填料为横流形式传热传质温差小于逆流塔从 上部进风口容易吸入冷却塔排放的热空气形成热风回流不利于换热。济南达能动力技术有限责任公司三、闭式冷却塔进风方式的改进

6、上下进风气水逆流冷却水：下 上与喷淋水和空气进行换热装置顶 部：风机使得空气由侧面上下进风口吸入装置下部：集水槽由水泵送 入喷淋水管喷射进入盘管区。喷淋水：上下。盘管区与空气同向流动能够更好地覆盖管束保持盘管完全被喷淋 水覆盖与冷却水局部交叉流总体逆流。填料区与下部进风口进风逆流传热。空气：上、下两股空气在盘管区和填料区之间汇合后，从通风道经 过收水器除去夹带的水分,由风机排出。（与图不对应）济南达能动力技术有限责任公司三、闭式冷却塔进 风方式的改进上下进风气水逆流盘管区：冷却水和喷淋水逆流传热喷 淋水和空气同向流动喷淋水和空气间焓差温差变化比较均匀。填料区：喷淋水和空气间逆流传热。特点：逆流

7、传热传热温差较大特点：双向空气流流通面积大（为 普通逆流闭式塔的倍）流量大空气温升小空气与喷淋水间平均温差大 利于传热。缺点：上部进风仍然易造成热湿空气回流。济南达能动力技术有限责任公司三、闭式冷却塔进风方式的改进 新型中部进风逆流闭式冷却塔个侧面进风另个侧面向上排风在冷却 塔个侧面中部分别开有进风口进风口被中间水盘分割成上下两部分 向上流经填料区对喷淋水进行冷却向下进入管束区与喷淋水同向流 动横掠管束后由另两个侧面与块通道隔板构成的个排风通道向上从 塔顶排出。济南达能动力技术有限责任公司三、闭式冷却塔进风方式的改进 新型中部进风逆流闭式冷却塔相对于上下进风逆流闭式冷却塔而言 中部进风逆流闭式

8、冷却塔的特点：流动阻力进一步降低更好地分配进 入填料区域和盘管区域的空气避免了区域内空气流间的影响有效消 除了上部进风易产生的热风再回流现象。济南达能动力技术有限责任公司四、闭式冷却塔设计冷却盘管设 计、填料设计冷却盘管的设计与蒸发冷却器设计类似填料区设计与一 般的开式逆流塔基本相同。设计计算前提条件：喷淋水进出口温度相等twi=two通常对盘管 区和填料区分别进行设计计算。盘管区（与蒸发冷却器相同）：热量经管壁传递到喷淋水（导热对 流换热）再由喷淋水传递给空气（蒸发和对流换热）。填料区：喷淋水在PVC格栅表面展开成水膜通过与空气间的对流 传热传质进行冷却。济南达能动力技术有限责任公司四、闭式

9、冷却塔设计冷却盘管设 计（各种塔型）计算公式：冷却水释放热量：喷淋水得到热量：空气 得到热量：盘管区传热面积：在公式（）和（）计算所得的传热面积 F相等时的F即为盘管传热面积。由此可确定管束结构尺寸、排列方式。并可进一步确定相应的传热传质系数和传热面积等数值。济南达能动力技术有限责任公司四、闭式冷却塔设计填料区热力 计算与盘管区喷淋水条件结合可得填料区喷淋水温度及淋水密度边 界条件。结合水量、水温、气温及其含湿量的变化公式进行计算。通过填料区气水间传热传质的热力计算可实现填料结构尺寸的设 计计算。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析闭式冷却塔的主要换热部件为换热盘管盘

10、管的换热性能直接影响到整个换热器的效率。盘管的传热系数K描述了盘管的换热性能。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析热阻构成盘管内冷却水与管外喷淋水间的总传热热阻:冷却水侧 换热热阻管壁和污垢的导热热阻喷淋水侧换热热阻三部分串联而成。关于三部分热阻分析可为强化传热找到节能关键点。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析热阻数量级由表可以看出：管壁热阻较小比其他热阻小一个数量 级因此计算中可以忽略除管壁热阻较小外其余各项热阻相差不大基 本属一个数量级因此均不可忽略。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析盘管两侧换热系数对总换热

11、量的影响热阻大侧换热系数小换热 系数的变化对换热量影响较大。所以应着重提高热阻大侧的换热系数。由上表可知管外侧热阻大于管内侧热阻。所以应强化管外侧换热。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析其他影响因素分析管内流速：综合传热系数与盘管单管内流速呈 现指数式递增关系,当流速超过一定范围后管内流体充分发展到湍流 阶段,此时再提高流速对管内换热的强化已经起不到重要作用但此时 因管内流体阻力于流速呈平方关系发展使管内流体阻力显著增大。所以流速控制在ms以下进行调节，将对K综合的变化有比较明显的作用。管径：在保证总体换热量的情况下尽量采用小管径盘管。在假定范围内流速相同的情况下管

12、径越小其综合换热系数越大。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析其他影响因素分析盘管管材：盘管管材导热系数对综合导热系数 影响较小。管材的导热系数从W(mK),其对综合导热系数的影响在区间内 不超过W(mK)。所以可以使用相比现阶段铜管导热系数更低的金属或非金属材料, 以缩减成本。济南达能动力技术有限责任公司五、闭式冷却塔换热盘管热传递 分析其他影响因素分析喷淋水密度：)随着喷淋密度的增加管外壁上 的液膜流动速度加快，所以综合传热系数增加。但随着液膜的增厚阻碍了热量的传递所以喷淋密度不易过大应以 保证均匀润湿管壁所需最小喷淋密度为准。)相同喷淋密度管径越小管壁上液膜附着

13、时间越短热量传递越快 强化了传热。济南达能动力技术有限责任公司六、高效闭式冷却塔设计原则及 创新点总结综上所述高效闭式冷却塔的设计涉及：进风设计、冷却盘 管设计、填料设计、塔内冷却水与喷淋水流程设计以及喷淋水与空气 流程设计等。设计的总体原则：进风量尽可能大：塔内配风增加通风面积减小风阻塔外配风减小出口湿热空气回流的不利影响。尽可能采取逆流方式增加传热平均温差对于冷却盘管重点增大热 阻大侧换热系数在达到冷却任务的基础上尽可能降低造价。济南达能动力技术有限责任公司六、高效闭式冷却塔设计原则及 创新点总结设计创新点：强化冷却盘管外侧换热：可采用（螺旋）翅 片管在增大喷淋水和冷却盘管接触面积强化冷却水到喷淋水的热量 传递。冷却盘管布置优化：在最大化盘管换热面积的基础上尽可能减小 通风阻力损失以在盘管区实现喷淋水的最大冷却。合理配风：在最大化进风量基础上合理配风实现风场与塔内气水 传热传质的耦合优化风场与盘管区域喷淋水温场的优化。济南达能动力技术有限责任公司七、闭式冷却塔总体布