冷卻塔是一種開放式結(jié)構(gòu),可從工業(yè)設(shè)備和工藝中使用的水(或其他流體)中帶走熱量。冷卻塔有不同的設(shè)計、類型、形狀和尺寸。然而,基本的工作過程是相同的,都是基于蒸發(fā)冷卻。水的熱量通過蒸發(fā)過程傳遞到空氣中,從而降低了水的溫度。 (冷卻水塔有時稱為蒸發(fā)冷凝器或液體冷卻器。)
蒸發(fā)冷卻取決于濕球溫度,這是水在工廠、過程或系統(tǒng)中可以冷卻到的最低溫度。水蒸發(fā)到空氣中所需的傳熱速率表明冷卻塔的性能如何。進塔空氣的濕球溫度是冷卻水塔效率的主要指標(biāo)。美國機械工程師協(xié)會 (ASME) 和冷卻技術(shù)協(xié)會 (CTI) 這兩個向會員提供技術(shù)和教育服務(wù)的貿(mào)易協(xié)會,建議根據(jù)進入的濕球溫度確定冷卻塔的尺寸并進行測試。 (用球表測量濕球溫度。)
冷卻塔簡史
希臘、羅馬和中東的古人使用多孔水罐和池塘來利用蒸發(fā)概念解暑。直到 1800 年代和工業(yè)時代的到來,才發(fā)明了通過蒸發(fā)水來冷卻空氣的機械設(shè)備。 1819 年的一項英國專利是用于冷卻液體的蒸發(fā)冷卻器的首批專利之一。早期的冷卻水塔與蒸汽機冷凝器的發(fā)明相吻合,蒸汽機冷凝器需要冷水才能運行。 1899 年的美國專利描述了一種水冷塔,用于冷卻“大量冷凝水……連續(xù)使用相同的水……具有獨特的效率和經(jīng)濟性”。
到 20 世紀(jì)初,美國已經(jīng)為眾多發(fā)明申請了專利,這些發(fā)明被稱為“濕箱、沙漠冷卻器、滴水冷卻器,然后是沼澤冷卻器”。這些直接冷卻器中最早的是用濕麻布包裹的木框,并使用風(fēng)扇將空氣強制送入待冷卻區(qū)域。一項 1906 年的專利描述了一種水冷塔裝置,該裝置具有噴嘴、噴霧器和水道,可以“在塔的整個水平橫截面上以均勻的方式重復(fù)分配水”。隨著循環(huán)泵和集成電機和風(fēng)扇單元的結(jié)合,以及新材料和塑料的發(fā)明,該技術(shù)演變?yōu)楝F(xiàn)代設(shè)計。
二、冷卻塔應(yīng)用:比想象中更普遍
工業(yè)冷卻塔。散熱是任何工業(yè)廠房中的常見過程。工業(yè)循環(huán)水冷卻塔幾乎用于所有重工業(yè),包括鋼鐵廠、食品和飲料制造、石油和天然氣精煉、紙漿和造紙廠、化學(xué)加工和水泥廠。他們還為在發(fā)電過程中產(chǎn)生多余熱量的發(fā)電廠提供冷卻水,為其熱交換系統(tǒng)提供穩(wěn)定的液體供應(yīng)。在發(fā)電廠中,采用煙囪設(shè)計的冷卻塔以水蒸氣羽流的形式散發(fā)多余的熱量,同時將冷凝水蒸氣釋放到大氣中。
作為大型商業(yè)、醫(yī)療和工業(yè) HVAC(供暖、通風(fēng)和空調(diào))系統(tǒng)的一部分,冷卻塔對于新建辦公樓、機場、會議中心、醫(yī)院、高層建筑、酒店和制造設(shè)施。標(biāo)準(zhǔn)配置。 HVAC 冷卻塔會影響舒適度,進而影響建筑物內(nèi)人員的健康和工作效率。因為它們是大型結(jié)構(gòu)(比典型的 HVAC 裝置大)并且需要大量空間,所以它們位于屋頂?shù)耐獠炕蚪ㄖ锏孛娴钠h位置。
三、蒸發(fā)冷卻水塔的基本工作原理
在蒸發(fā)冷卻水塔中,熱水通過塔頂泵送或噴淋,冷卻空氣在塔頂與塔匯流處(這是從大氣中抽取的新鮮空氣)。空氣迫使水蒸發(fā),蒸發(fā)帶走了水中的熱量。當(dāng)水達到較低的溫度時,冷卻水從底部流出并返回或循環(huán)回到機器或過程。水再次從工業(yè)或機械過程中收集熱量,并再循環(huán)到冷卻水塔的頂部。
雖然想法是將水進行再循環(huán),以便再次使用,但由于蒸發(fā)、排污(通過去除固溶體或沉積物來去除水)、漂移甚至泄漏,在系統(tǒng)中,過程中會發(fā)生失水。為了補償這種損失并提高用水效率,在運行過程中添加“補充水”。
四、冷卻塔的主要部件
冷卻塔的各部件或部分必須維護:
填料。該熱組件是可用于將熱量從熱水傳遞到冷空氣的主要區(qū)域。填充物通常是蜂窩狀或波紋狀,以最大限度地增加水的表面積,通常由 PVC(聚氯乙烯)或 PP(聚丙烯)材料甚至不銹鋼制成。
配水甲板(或濕甲板)。該組件通常是一組噴嘴,可在填充材料冷卻時均勻噴水以潤濕填充材料,從而最大限度地提高熱傳遞。
入口和出口。這些分別是冷空氣進入塔和熱空氣離開塔的點。進氣口可以在色譜柱的側(cè)面(橫流設(shè)計)或靠近色譜柱底部(逆流設(shè)計)。
進氣百葉窗。它們使進入填料的氣流均勻,并將水保持在塔內(nèi)。
漂移消除器。將它們放在填充物旁邊,以捕獲氣流中的水滴,否則這些水滴會以蒸汽的形式散失到環(huán)境中。
冷水盆。它位于塔底,填料下方,收集塔中的冷卻水,并作為主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。
機械零件和儀器。風(fēng)扇、泵和電機驅(qū)動機構(gòu)(例如變速箱、驅(qū)動軸)移動空氣并提供所需的氣流。可以安裝傳感器、傳感器連接器和電纜來檢測振動和高頻齒輪和軸承故障。還需要儀表來測量熱水和冷水溫度以及測量補給水流量和排污率。所有這些組件都會影響能源效率和所需的維護量。
套管或外殼。這就是外殼,它可以由經(jīng)過化學(xué)處理的木材、鋁、熱浸鍍鋅鋼、陶瓷或增強塑料(例如,用于增強塑料或其他樹脂的玻璃纖維材料)制成。當(dāng)水在冷卻塔中循環(huán)時,外殼包含水并為塔風(fēng)扇系統(tǒng)和其他內(nèi)部組件提供結(jié)構(gòu)支撐。該結(jié)構(gòu)可能需要抵抗振動、高風(fēng)荷載和腐蝕。
五、冷卻塔設(shè)計和定制的考慮因素
冷卻水塔是根據(jù)空氣在塔內(nèi)的流動方式(氣流方向(逆流或橫流)和通風(fēng)類型而定的) (機械或自然))進行分類。設(shè)備也制造成圓形或瓶形、雙曲面(發(fā)電廠的特征)和矩形。每種設(shè)計都有相對的優(yōu)點和缺點,最終的設(shè)計選擇取決于許多因素,包括用戶要求和應(yīng)用、經(jīng)濟性,甚至冷卻塔將建造的位置和天氣條件。 (蒸發(fā)冷卻的效率受外界溫度、相對濕度和風(fēng)速的影響。)
自然通風(fēng)塔設(shè)計有煙囪,依靠塔內(nèi)(冷)空氣與塔內(nèi)(冷)空氣之間的壓力和溫度塔內(nèi)氣差??諝馍仙母邿焽锜o需塔式風(fēng)扇即可提供上升氣流。自然通風(fēng)塔最好放置在空曠的地方,因為它們的性能取決于風(fēng)向和風(fēng)速。這種設(shè)計很少用于 HVAC 冷卻塔。雙曲面設(shè)計的核電塔和大型燃煤電廠都是自然吃水設(shè)計,以滿足更大的水容量要求。
機械通風(fēng)塔使用電風(fēng)扇強制空氣通過結(jié)構(gòu),并且可以使用橫流(氣流垂直于水流)或逆流(氣流與水流相反)設(shè)計.因為逆流塔比空氣水平流動的橫流塔更緊湊,所以逆流塔可以用更小的占地面積建造。由于塔內(nèi)空氣循環(huán)需要機械部件,因此機械通風(fēng)塔的運行成本更高,但更容易放置在建筑物上或建筑物附近,因此它們可用于 HVAC 和制冷應(yīng)用。
圓塔或瓶塔是工業(yè)過程中流行的設(shè)計,因為它具有最多的冷卻空間和最小的面積。這些塔具有多種容量,可以在工廠建造或現(xiàn)場安裝。矩形冷卻塔在空調(diào)設(shè)備中很常見。
還有用戶定義的設(shè)計考慮因素,例如安全、降噪、腐蝕和耐化學(xué)性。例如:
由于持續(xù)潮濕的冷卻環(huán)境,木塔很容易發(fā)生火災(zāi)和腐爛。經(jīng)過化學(xué)處理的木材是不受歡迎的,因為它會帶來一定的環(huán)境和健康風(fēng)險。
塔由纖維增強聚酯和熱浸鍍鋅鋼制成,堅固到足以抵抗腐爛和生銹,并經(jīng)得起多年的運行。預(yù)制鋼材運輸起來很重,建造成本高,而且需要高技能工人。塑料作為冷卻塔的結(jié)構(gòu)材料,強度高,但重量輕,比鋼更容易定制和運輸。
冷卻塔可能會很吵。在可能特別關(guān)注噪音的社區(qū)或建筑物中(例如學(xué)校、醫(yī)院),可能需要冷卻塔的聲學(xué)工程。
6.冷卻塔安全和維護注意事項
溫暖潮濕的環(huán)境是微生物和生物膜的滋生地,可能導(dǎo)致冷卻設(shè)備出現(xiàn)運行和機械問題以及人類健康問題。冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器使用風(fēng)扇使空氣通過循環(huán)水系統(tǒng)并將大量水蒸氣引入環(huán)境,需要經(jīng)常維護和清潔、添加殺菌劑并檢查有害軍團菌(與肺炎相關(guān))(例如軍團菌)的生長' 疾病)并符合某些城市和國家法規(guī)。補充水源(例如地下水、地表水)的水質(zhì)保證測試是冷卻塔安全運行的另一個考慮因素。
根據(jù) 1990 年的《清潔空氣法》修正案,環(huán)境保護署 (EPA) 制定了法規(guī),以減少工業(yè)過程冷卻塔對健康產(chǎn)生影響的空氣有毒物質(zhì)排放。
對于建筑材料和填料的易燃性,有適用于現(xiàn)場安裝和工廠組裝冷卻塔的消防安全標(biāo)準(zhǔn) (NFPA 214)。
七、如何選擇冷卻塔廠家
很多公司制造或銷售冷卻塔設(shè)備。大多數(shù)是小公司,可能只有不到十家大型全球制造商。公司在其產(chǎn)品的關(guān)鍵特性上展開競爭,冷卻塔的關(guān)鍵特性是干濕特性、能效和成本,包括使用壽命/維護成本。
好的廠家和正規(guī)的廠家是有區(qū)別的。合適的制造商可以滿足最終客戶的需求。要選擇制造商,客戶應(yīng)該知道制造商是否將其冷卻塔作為公司銷售的完全設(shè)計的裝置提供,或者是否與合作伙伴 OEM(原始設(shè)備制造商)合作。評估公司是否可以直接向客戶及其設(shè)施提供更換或備件產(chǎn)品,以及是否提供良好的維護和質(zhì)量保證服務(wù)(產(chǎn)品和/或零件保修)以及可靠的機械零件選擇。查找冷卻塔制造商的一種簡單方法是訪問本頁頂部的公司名錄。
冷卻水塔設(shè)備經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計和維護后,冷卻水塔設(shè)備應(yīng)能使用20年,并按規(guī)定的水溫和流量向工廠、工藝或系統(tǒng)供水率,并保持整個冷卻過程和能源效率的最佳運行。您可以直接聯(lián)系冷卻塔設(shè)計師,他們可以確保您在 IQS 目錄中找到適合您的系統(tǒng)。
八。冷卻塔的類型
空調(diào)冷卻塔提供空調(diào),是玻璃纖維結(jié)構(gòu),為醫(yī)院、學(xué)校和一些辦公室等大型建筑物降溫。
陶瓷冷卻塔的外觀相當(dāng)吸引人,但通常比其他冷卻塔貴。
冷卻器冷卻塔是去除廢熱的一種額外方法,廢熱是許多需要使用空氣和液體冷卻器系統(tǒng)的過程的副產(chǎn)品。
閉環(huán)冷卻塔是一種空氣不與冷卻水或其他流體直接接觸的冷卻塔。
冷卻塔的設(shè)計決定了成本、性能和效率。
冷卻塔制造商是一家制造冷卻流體設(shè)備的公司。
冷卻塔系統(tǒng)(有時稱為散熱器)通過去除流體中的熱量來冷卻水和其他流體。
逆流冷卻塔包含相反的空氣和水流。氣流向上移動,水流向下移動。
橫流式冷卻塔包含垂直氣流和水流。氣流是水平的,水是垂直向下流動的。
消毒冷卻塔用于飲用水和廢水處理設(shè)施,以幫助消除水中的細(xì)菌、化學(xué)物質(zhì)和其他雜質(zhì)。
蒸發(fā)冷卻塔是一種吸熱裝置,它利用少量工作流體(通常是水)的蒸發(fā)將熱量傳遞到運動的氣流中,以冷卻其余的水流到接近濕球空氣溫度的溫度,即設(shè)計的溫度測量值反映了冷卻塔中所需的水蒸氣含量。
玻璃鋼冷卻塔具有優(yōu)良的耐候性,因此可以在惡劣的環(huán)境條件下使用。這些冷卻塔還具有良好的耐腐蝕性,這在水處理等應(yīng)用中仍然具有優(yōu)勢,因為在這些應(yīng)用中,冷卻塔會暴露在化學(xué)品中。
HVAC 冷卻塔將水冷式冷卻器或冷凝器與冷卻塔結(jié)合在一起。
雙曲線冷卻塔是指采用雙曲線結(jié)構(gòu)方案的冷卻塔的特定設(shè)計和構(gòu)造樣式,該方案本身產(chǎn)生自然通風(fēng)并利用蒸發(fā)來冷卻水和其他流體。
工業(yè)冷卻塔是一種排熱系統(tǒng),用于通過將過程廢熱從流體排到大氣中來冷卻水和其他工作流體。
機械通風(fēng)冷卻塔包括:強制通風(fēng)塔,其中包含強制空氣通過系統(tǒng)的側(cè)面風(fēng)扇,以及誘導(dǎo)通風(fēng)冷卻塔,其中包含強制空氣通過系統(tǒng)的頂置風(fēng)扇。機械通風(fēng)冷卻塔通常用于較小的冷卻塔系統(tǒng)。
自然通風(fēng)冷卻塔不使用風(fēng)扇,而是依靠廢氣和自然風(fēng)的浮力使空氣通過系統(tǒng)。自然通風(fēng)冷卻塔用于涉及大量水的應(yīng)用,例如發(fā)電廠。
開式冷卻塔是一種冷卻塔,其中水在系統(tǒng)內(nèi)部分配并與進入的空氣直接接觸。
水冷塔是一種基本的冷卻系統(tǒng),用于通過與氣流接觸來冷卻水。使用水冷卻塔的應(yīng)用包括空調(diào)和水/廢水。
9.冷卻塔術(shù)語
環(huán)境溫度 – 使用溫度計測量的 DBT。
軸流風(fēng)扇 – 具有恒定氣流的風(fēng)扇。軸流式風(fēng)扇類型包括螺旋槳式、管道式軸流式和葉片式軸流式。
排污 – 從冷卻塔中排出水,以防止系統(tǒng)中雜質(zhì)過多堆積。隨著水在冷卻過程中蒸發(fā),雜質(zhì)濃度增加。
Blow Out – 水因風(fēng)或飛濺而從冷卻塔中排出。通過使用濾網(wǎng)和其他機制可以減少或消除井噴。
BTU(英國熱量單位)——將一磅水的溫度升高或降低 1 華氏度所需的熱量。
漂移 – 水滴與廢氣一起從冷卻塔中去除。必須控制漂移,因為與從塔中去除的水蒸氣不同,漂移通常含有化學(xué)物質(zhì)、碎屑和其他雜質(zhì),會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
除水器 – 冷卻塔中的一種機制,通過捕獲流經(jīng)除水器的漂移物,同時允許廢氣通過除水器進入大氣,從而防止漂移物離開冷卻塔。
干球溫度 (DBT) – 進入冷卻塔的空氣溫度,以華氏度為單位測量。
夾帶 – 空氣中的水隨著廢水排放被帶入冷卻羽流中。
排氣 – 在冷卻過程中從冷卻塔中排出的空氣。排氣還包含在冷卻過程中蒸發(fā)的水蒸氣。
填充——一個迷宮式的填料,提供了一個大大擴展的空氣-水界面,允許空氣加熱和蒸發(fā)。薄膜填充物由多個通常垂直的潤濕表面組成,上面鋪有一層薄薄的水,而飛濺填充物由許多水平飛濺元素組成,形成一系列微小的液滴,它們具有很大的組合表面積。
霧化——由于冷卻塔排出的飽和廢氣與塔外較冷的空氣接觸,冷卻塔外的水蒸氣凝結(jié)成霧狀。
Induced Draft – 冷卻塔風(fēng)扇從設(shè)備底部吸入空氣并通過冷卻塔頂部排出的過程。
噪音——落水的影響、風(fēng)扇的空氣運動、風(fēng)扇葉片在結(jié)構(gòu)內(nèi)的運動以及冷卻塔產(chǎn)生的聲能,并通過傳動帶、變速箱和電動機的運動記錄下來一個距離和方向。
噴嘴 – 一種使水以噴霧或水流的形式流入冷卻塔的裝置。
羽流 – 來自冷卻塔的廢氣和水蒸氣。當(dāng)煙霧羽流被引入較冷的空氣中時,會產(chǎn)生霧。
Psygrometer – 一種用于冷卻塔系統(tǒng)的裝置,用于測量系統(tǒng)的濕球溫度。
再循環(huán)——先前排出的空氣進入冷卻塔,這些空氣與新鮮空氣一起重新進入系統(tǒng)。
熱容量 – 冷卻塔容量,表示冷卻塔可以處理的液體量(以加侖/分鐘為單位)。
濕球溫度 (WBT) – 冷卻塔中的空氣變得水蒸氣飽和,防止水進一步蒸發(fā)的溫度。
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