逆流机力通风冷却塔工艺性能的研究

摘要

随着水资源危机意识的日益提升，节水已成为中国乃至世界的战略目标。水的循环使用是节水的重要途径，关键设备冷却塔的研究越来越受到重视。笔者在学期间，深入研究冷却塔理论，查阅和收集了大量中外冷却塔文献，通过对积累的数据与工业塔实测的结果系统地分析，对影响冷却塔的效率与投资的关键点——配水、气动与热工等多方面提出自己观点，以此为依据研究和提出冷却塔优化的架构，并在工程实践中得以成功地应用和验证。
　　 在冷却塔配水设计方面：配水计算上引入更符合冷却塔配水模式的分流公式，以均匀配水沿程阻力计算法、叉管分流的阻力系数计算法和伯努力方程的动静压转换理论为基础，提出冷却塔管式配水计算的数学模型，实现了配水管径、逐个喷头压力和流量的计算，使配水喷头最大最小流量差设计可控，从而实现冷却塔均匀配水和准确确定配水压力的目的。
　　 在冷却塔气动方面：全面分析构成冷却塔各部件的气动特性，给出各部件更符合实际的定性认识和定量计算的公式，对规范与手册等相关资料中遗漏或忽略的部位予以拾遗补缺，给出了计算冷却塔阻力的气动方程；分析风机特性曲线特点，给出适合其特点的曲线拟合方法一拉格朗日一元三点插值法，拟合出冷却塔风机特性气动方程。通过对上述两个气动方程组的联立求解，准确完成冷却塔的气动计算，为冷却塔气动措施的优化提供理论基础。
　　 在冷却塔热工方面：分析影响冷却塔热工性能的各种因素，界定常规填料热工性能表示方法所包含的因素，对于未包含在内的影响因素给出计算方法，对使用条件与测试条件不同时对其热工性能方程提出需进行修正的观点和修正的原则，并给出修正方法，提出了填料高度与热力性能、阻力性能的关系式，为冷却塔热工性能优化提供理论基础。
　　 以气动、热工和配水的理论分析与研究为基础，提出切实可行的冷却塔设计、运行的优化措施，建立冷却塔优化模型，编制算法精确的冷却塔计算程序，实现冷却塔高效、节能、节水和安全可靠的设计与运行的目标。对行业中普遍关心的调速、变频及北方地区的防冻化冰等问题提出笔者的观点。希冀在建立节约型社会过程中，冷却塔技术能在效益、节能、保护环境等方面，发挥更大的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1概述

1.2冷却塔简介

1.3冷却塔的作用与冷却机理

1.4横流塔与逆流塔的比较

1.5冷却塔技术的发展过程及现状

1.6研究的主要内容

1.6.1冷却塔的配水

1.6.2冷却塔的气动性能

1.6.3冷却塔的热工性能

1.6.4冷却塔优化措施的探讨

1.6.5冷却塔节能与冷却塔的防冻化冰

1.6.6优化模型的建立

1.7研究的方法与技术路线

第二章 冷却塔的配水

2.1配水喷头的选择

2.1.1配水喷头的流量特性

2.1.2配水喷头的喷洒范围(喷洒半径)

2.1.3配水喷头的喷洒均匀性

2.2配水喷头的成组布置及其配水均匀性计算

2.2.1成组布置常见形式

2.2.2配水的不均性计算

2.3冷却塔配水系统水力数学模型的建立

2.3.1管式配水系统水力学特性和数学模型的建立

2.3.2边界条件

2.3.3配水管道沿程阻力的计算

2.3.4配水管道局部阻力的计算

2.3.5动压转换静压计算

2.4冷却塔管式配水均匀性判断

2.5管径计算

2.5.1配水管管径计算

2.5.2配水干管管径计算

2.5.3供水压力计算

2.6小结

第三章 冷却塔气动的性能

3.1冷却塔的气动性能

3.2空气流态判定

3.3流道的阻力特性分析与计算

3.3.1进风口

3.3.2雨区阻力系数

3.3.3进入淋水填料前气流转弯阻力系数

3.3.4淋水填料支撑梁的阻力系数

3.3.5淋水填料阻力

3.3.6淋水填料出口阻力系数

3.3.7配水装置阻力系数

3.3.8除水器(配水装置)支撑梁处阻力系数

3.3.9除水器阻力

3.3.10风筒圈梁进口阻力系数

3.3.11风筒进口渐缩段阻力系数

3.3.12风筒扩散段阻力系数

3.3.13风筒出口阻力系数

3.4冷却塔的气流总阻力

3.5冷却塔风机特性曲线的拟合与冷却塔的空气动力计算

3.6验证

3.7小结

第四章 冷却塔的热工性能

4.1气象参数的确定

4.1.1湿球温度

4.1.2设计湿球温度的确定

4.1.3厂区环境因素的影响

4.2麦克尔(Merkel)公式

4.3麦克尔公式的探讨

4.4淋水填料热力特性的修正

4.5雨区对热工性能的影响

4.5.1李钦斯特方程的修正

4.5.2验算

4.6填料高度与填料特性关系的探讨

4.6.1填料特性与填料高度变化的规律

4.6.2填料特性与填料高度变化的关系式

4.6.3验证分析

4.7热力计算

4.8小结

第五章 冷却塔优化的措施

5.1气动优化

5.1.1迎风柱的处理

5.1.2填料支梁的处理

5.1.3除水器支梁的处理

5.1.4气流收缩段的处理

5.1.5风筒扩散筒的处理

5.1.6风筒喉部与风机叶片间隙

5.2热力性能的优化

5.2.1合理处理影响淋水填料性能的各种因素

5.2.2淋水填料高度的优化

5.3配水系统的优化

5.4除水器的选择与布置优化

5.5小结

第六章 冷却塔的节能与防冻化冰

6.1合理确定循环水冷水温度

6.2选择合适的塔型

6.3冷却塔优化与节能

6.4变频节能

6.4.1冷却塔风机的调速与变频

6.4.2改变电机级对数调速——调速电机

6.4.3变频装置

6.4.4变频装置的应用的案例

6.4.5变频装置应用存在的问题

6.5冷却塔运行中的节能问题

6.6冷却塔的防冻化冰

6.6.1冷却塔结冰现象

6.6.2防冻化冰措施探讨

6.7小结

第七章 优化模型的建立

7.1目标函数

7.2计算程序

7.3优化模型

7.3.1冷却塔年综合费用的优化模型

7.3.2模型的解析

7.3.3软件的设计

7.3.4优化案例

7.4小结

第八章 结论与建议

8.1结论

8.2创新点

8.3展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢