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CN109029007A - 一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法 - Google Patents

一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法 Download PDF

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陈哲
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Abstract

本发明提供一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，确定环境气象条件：环境大气压Pa(kPa)、环境空气干球温度θ(℃)、环境空气湿球温度τ(℃)，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，该设计提高水的循环利用率，降低工业用水量，并且可以有效的降低冷却塔起雾对城市景观以及交通的影响，对大量现存冷却塔的消雾改造是最经济实用的方法。应用本计算方法可以精确的计算新建型混合式消雾塔所需的参数，为现有塔消雾改造提供填料尺寸、消雾模块的尺寸、阻力校核、消雾效果分析、风机选型、冷却塔外形尺寸及经济效益计算。

Description

一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法
技术领域
本发明是一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，属于冷却塔技术领域。
背景技术
现有技术中，现有技术中，机械通风冷却塔广泛应用于石油、化工、冶金、民用制冷等行业。节水和高效用水对国家经济和社会发展至关重要。研究工业节水问题，开发新的节水技术，提高水的循环利用率，降低工业用水量，具有重要的现实的意义。另一方面，人们对环保的要求日益提高。冷却塔起雾严重破坏城市景观及降低了可见度，会对交通产生影响，在机场附近影响飞机起降。新型混合式消雾塔是有效可行的设计方案。消雾型冷却塔的精确设计对冷却塔的消雾至关重要。直接影响消雾最终效果和投资额，所以需要一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明使用方便，便于操作，稳定性好，可靠性高。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，包括如下步骤：
S1：确定环境气象条件：环境大气压Pa(kPa)、环境空气干球温度θ(℃)、环境空气湿球温度τ(℃)，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
S2：确定冷却任务：单塔循环水量Q(m3/h)、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
S3：确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性(N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比)，阻力热性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0(ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度)；
S4：假定湿段气水比λ，进行湿段热力计算，通过计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
S5：通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t(通过进塔水温、出塔水温、环境条件)；
S6：确定消雾模块特性；所述消雾模块特性基于数值实验和中试塔实验所得消雾模块的传热特性及阻力特性；
S7：消雾模块热力计算：假定冷段风量初值Gd＝0.1Gw，每次增加1，迭代计算湿空气出消雾模块的出口温度，计算消雾模块后混合空气的含湿量x、温度t；
S8：塔出口成雾分析：通过上述步骤模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整冷风风量，重新进行步骤S7直到满足消雾条件，若冷风风量>湿段风量仍不能满足消雾条件，则调整消雾模块的尺寸(单边边长、进风口高度)重新计算，重新进行步骤S6与S7直到满足消雾条件；
S9：湿段阻力计算：根据步骤S3确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw；
S10：冷段阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤S6确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
S11：风机选型：根据风量选定风机型号；
S12：确定冷却塔外形尺寸：根据填料尺寸、风机直径等数据，确定冷却塔的长L、宽W、高H；
S13：消雾经济性分析：通过步骤S4计算湿段风量、通过步骤S7计算消雾模块前后的含湿量后计算节水量，通过水价、消雾塔台数计算总的节水效益。
进一步地，所述步骤S13中含湿量计算公式为：湿段风量*干空气密度*(湿热空气消雾模块进口含湿量-湿热空气消雾模块出口含湿量)。
本发明的有益效果：本发明的一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，该设计提高水的循环利用率，降低工业用水量，并且可以有效的降低冷却塔起雾对城市景观以及交通的影响，对大量现存冷却塔的消雾改造是最经济实用的方法。应用本计算方法可以精确的计算新建型混合式消雾塔所需的参数，为现有塔消雾改造提供填料尺寸、消雾模块的尺寸、阻力校核、消雾效果分析、风机选型、冷却塔外形尺寸及经济效益计算。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计的流程示意图；
图2为本发明一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔中消雾模块的安装示意图；
图3为本发明一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计过程中成雾分析图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，包括如下步骤：
S1：确定环境气象条件：环境大气压Pa(kPa)、环境空气干球温度θ(℃)、环境空气湿球温度τ(℃)，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
S2：确定冷却任务：单塔循环水量Q(m3/h)、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
S3：确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性(N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比)，阻力热性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0(ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度)；
S4：假定湿段气水比λ，进行湿段热力计算，通过计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
S5：通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t(通过进塔水温、出塔水温、环境条件)；
S6：确定消雾模块特性；所述消雾模块特性基于数值实验和中试塔实验所得消雾模块的传热特性及阻力特性；
S7：消雾模块热力计算：假定冷段风量初值Gd＝0.1Gw，每次增加1，迭代计算湿空气出消雾模块的出口温度，计算消雾模块后混合空气的含湿量x、温度t；
S8：塔出口成雾分析：通过上述步骤模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整冷风风量，重新进行步骤S7直到满足消雾条件，若冷风风量>湿段风量仍不能满足消雾条件，则调整消雾模块的尺寸(单边边长、进风口高度)重新计算，重新进行步骤S6与S7直到满足消雾条件；
S9：湿段阻力计算：根据步骤S3确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw；
S10：冷段阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤S6确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
S11：风机选型：根据风量选定风机型号；
S12：确定冷却塔外形尺寸：根据填料尺寸、风机直径等数据，确定冷却塔的长L、宽W、高H；
S13：消雾经济性分析：通过步骤S4计算湿段风量、通过步骤S7计算消雾模块前后的含湿量后计算节水量，通过水价、消雾塔台数计算总的节水效益。
步骤S13中含湿量计算公式为：湿段风量*干空气密度*(湿热空气消雾模块进口含湿量-湿热空气消雾模块出口含湿量)。
实施例1：确定冷却任务：单塔循环水量Q2500m3/h；循环水进水温度Tw1＝37.5℃，出水温度Tw2＝27.5℃；环境气压Pa＝93.75kPa；环境空气干球温度θ＝5℃；环境空气湿球温度τ＝3.52℃；塔长L＝11.6m，塔宽W＝11.6m，所选填料的热力特性N＝An*λMn，An＝2.6，Mn＝0.59，阻力特性Δ9.81ρ1AVCP m，其中A＝0.005·q2-0.028·q+1.29，m＝1.76-0.0006q2+0.0009·q
假定气水比λ＝0.349,则湿段风量Gw＝748790m3/h，此时冷却特性数[N]’＝2.6λ0.59＝1.397,预留5％的余量，[N]＝1.327,冷却任务数经比较得知1.327>1.315，[N]>N，即表示热力校核合格，迭代出湿热空气出口温度31.34℃。
假设消雾模块用冷却风量Gw＝380000m3/h，根据消雾模块的热力特性，热平衡计算得到消雾模块出口混合空气的温度Th＝29.14℃，混合空气的含湿量Xh＝0.02Kg/Kg.此公况点与空气参数点在温-湿图上连线在饱和空气线下方，无交叉点，表明消雾合格。
通过阻力系数法计算各段阻力，计算得到湿段流动阻力ΔPd＝湿段阻力+消雾模块阻力+风筒阻力＝149.86KPa；其中湿段阻力ΔPd1＝9.81ρ1AVCP m＝56.77KPa，其中A＝0.005·q2-0.028·q+1.29，m＝1.76-0.0006q2+0.0009·q，假设消雾段进风口高度h1＝0.238m，计算得干段流动阻力ΔPd＝消雾模块本体阻力ΔPd1+消雾模块进风口阻力ΔPd2+风筒阻力ΔPd3＝149.86KPa；，此时湿段流动阻力ΔPd＝干段流动阻力ΔPd。
根据湿段湿段风量Gw＝748790m3/h，消雾模块用冷却风量Gw＝380000m3/h，则总风量G＝Gw+Gd＝1128790m3/h。在总风量G确定后，选定风机，可知风机直径D＝7m，风机总效率η1＝0.84，电机效率η2＝0.92，传动效率η3＝0.96，风机动压Pd＝35.45Pa，风机全压ΔP＝风机静压ΔP1+风机动压Pd＝185.32KPa，电机功率Nd＝G*ΔP/(3.6*106*η1*η2*η3)＝77.4KW，选择功率为90KW的电机。塔高H＝1.75*D+1.5m+填料高度+消雾段高度＝15.25m。单台每小时节水量＝进塔干空气密度ρ1d*湿段进塔风量Gw(湿段出口空气含湿量-消雾模块出口空气含湿量)/1000＝1.1652*748790*(0.0329-0.0289)/1000＝3.49m3/h，按水价7元/m3,则年节水效益为19.5万元/年。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：确定环境气象条件：环境大气压Pa(kPa)、环境空气干球温度θ(℃)、环境空气湿球温度τ(℃)，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ、进塔空气含湿量x，干球温度对应饱和蒸汽分压pθ，湿球温度对应饱和蒸汽分压pτ，进塔湿空气密度ρ1w，进塔干空气密度ρ1d；
S2：确定冷却任务：单塔循环水量Q(m3/h)、循环水进塔水温Tw1，出塔水温Tw2；
S3：确定填料特性：填料的特性可以通过实验数据或实际运行数据拟合得到，包括热力特性(N冷却数，An冷却数系数，Mn冷却数指数，λ气水比)，阻力热性ΔP/γa＝ApυM,Ap＝A2q2+A1q+A0,M＝M2q2+M1q+M0(ΔP填料阻力，γa空气重力密度，Ap阻力公式系数，阻力公式指数，A0、A1、A2、M0、M1、M2均为系数，q淋水密度)；
S4：假定湿段气水比λ，进行湿段热力计算，通过计算冷却数N和冷却特性数[N]，调整气水比λ，当[N]>N时，确定气水比λ，确定湿段风量Gw，冷却数其中i”1、i”2、i”m分别为进塔水温、出塔水温、平均水温相应的饱和空气焓，i1、i2、im分别为进塔空气焓、出塔空气焓、进出塔空气焓的平均值；
S5：通过迭代计算湿空气填料出口的温度x、含湿量t(通过进塔水温、出塔水温、环境条件)；
S6：确定消雾模块特性；所述消雾模块特性基于数值实验和中试塔实验所得消雾模块的传热特性及阻力特性；
S7：消雾模块热力计算：假定冷段风量初值Gd＝0.1Gw，每次增加1，迭代计算湿空气出消雾模块的出口温度，计算消雾模块后混合空气的含湿量x、温度t；
S8：塔出口成雾分析：通过上述步骤模拟冷却塔出口与环境空气掺混过程，在温湿图上将消雾模块后混合空气点与空气点连成直线，取十个点，分别于饱和温度线对应点比较，若均在不饱和区，则满足消雾效果，若不满足，调整冷风风量，重新进行步骤S7直到满足消雾条件，若冷风风量>湿段风量仍不能满足消雾条件，则调整消雾模块的尺寸(单边边长、进风口高度)重新计算，重新进行步骤S6与S7直到满足消雾条件；
S9：湿段阻力计算：根据步骤S3确定的冷却塔填料阻力特性计算湿段阻力，得出湿段静压ΔPw；
S10：冷段阻力计算：设定冷段进风口尺寸，根据步骤S6确定的冷却塔消雾模块阻力特性计算冷段阻力，得出冷段静压ΔPd，当ΔPd＝ΔPw时，确定冷段进风口尺寸；
S11：风机选型：根据风量选定风机型号；
S12：确定冷却塔外形尺寸：根据填料尺寸、风机直径等数据，确定冷却塔的长L、宽W、高H；
S13：消雾经济性分析：通过步骤S4计算湿段风量、通过步骤S7计算消雾模块前后的含湿量后计算节水量，通过水价、消雾塔台数计算总的节水效益。
2.根据权利要求1所述的一种新建机械通风逆流式消雾冷却塔的设计计算方法，其特征在于：所述步骤S13中含湿量计算公式为：湿段风量*干空气密度*(湿热空气消雾模块进口含湿量-湿热空气消雾模块出口含湿量)。
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