冷水塔设计计算
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第一章
冷水塔设计计算
图!"#
铅丝水泥网
板淋水装置 （单位： $$）
槽式配水系统通常由水槽、 管嘴及溅水碟组成， 热水从管嘴落到溅水碟上， 溅 。 成无数小水滴射向四周， 以达到均匀布水的目的 （图 ! " %）
图!"%
槽式配水系统
管式配水系统的配水部分由干管、 支管组成， 它可采用不同的布水结构， 只要 布水均匀即可。图 ! " & 所示为一种旋转布水管系的平面图。
图#&)
通风筒
#—布水器； *—填料； +—隔墙； !—集水池； (—进风口； ,—风机； ’—风筒； )—收水器， -—导风伞； #$—塔体； ##—导风板
在机械通风冷水塔中， 若鼓风机装在塔的下部地区， 操作比较方便， 这时由于 它送的是较冷的干空气， 而不像装在塔顶的抽风机那样用于排除受热而潮湿的空 气， 因此鼓风机的工作条件较好。但是， 采用鼓风机时， 从冷水塔排出的空气流
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第四篇
混合式热交换器设计计算
设水面温度为 ! ， 紧贴水面的饱和空气层的温度与它相同， 但其饱和水蒸汽的 分压力为 " !， 而远离水面空气流的温度为 !， 它的蒸汽分压力是空气相对湿度 ! 即 和空气温度"时的饱和蒸汽压力 "# ! 的乘积， " " !" !" 式中 — —温度为" "— # 的空气层中的蒸汽分压力， $%； — — —空气的相对湿度； ! — —空气温度" " !"— # 时的饱和蒸汽压力， $%。 于是在水面饱和气层和空气流之间就形成了分压力差 $% #" " " ! & " ， 它是水分子向空气中蒸发扩散的推动力。只要 " ! ’ " ， 水的表面就会产生蒸发， 而 与水面温度 ! 高于还是低于水面上的空气温度"无关。在冷水塔的工作条件下， 故 总是符合 " ! ’ " 的， 因此不论水温高于还是低于周围空气温啡， "" 总是正数， 在冷水塔中总能进行水的蒸发， 蒸发所消耗的热量总是由水传给空气， 其值可表 示为 $$ "# & % %! & %） $（ 式中 — —由蒸发产生的传热量， )*； $$— — — —汽化潜热， )+ , )-； % — —以分压差表示的传质系数， ・ 。 )-（ , .・ 0 $%） "— $
图!"&
旋转布水的管式配水系统
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第四篇
混合式热交换器设计计算
池式配水系统的配水池建于淋水装置正上方， 池底均匀地开有 ! " #$%% 孔口 （或者装喷嘴、 管嘴） ， 池内水深一般不小于 #$$%%， 以保证洒水均匀。其结构示于 图 # & ’ 中。
图#&’
池式配水系统
三、 通风筒 通风筒是冷水塔的外壳， 气流的通道， 其作用在于创造良好的空气动力条件， 并将排出冷却塔的湿热空气送往高空， 减少或避免湿热空气回流。自然通风冷水 塔一般都很高。有的达 #($% 以上， 而机械通风冷水塔一般在 #$% 左右的高度。 包括风机的进风口和上部的扩散筒， 如图 # & ) 所示。为了保证进、 出风的平缓性 和清除风筒口的涡流区， 风筒的截面一般用圆锥形或抛物线形。
图!"#
点滴式淋水装置板条布置方式
（#） 薄膜式
这种淋水装置的特点是利用间隔很小的平膜板或凹凸形波板、
网格形膜板所组成的多层空心体， 使水沿着其表面形成缓慢的水流， 而空气则经 多层空心体间的空隙， 形成水气之间的接触面。水在其中的散热主要依靠表面水 膜、 格网间隙中的水滴表面和溅散而成的水滴的散热等三个部分， 而水膜表面的 散热居于主要地位， 约占 (%& 。图 ! " * 中示出了其中四种薄膜式淋水装置的结 构。对于斜波交错填料， 安装时可将斜波片正反叠置， 水流在相邻两片的棱背接 触点上均匀地向两边分散。其规格的表示方法为 “波矩 / 波高 / 倾角—填料总 高” ， 以 ++ 为单位。蜂窝淋水填料是用浸渍绝缘纸制成毛坯在酚醛树脂溶液中浸 胶烘干制成六角形管状蜂窝体构成， 以多层连续放于支架上， 交错排列而成。它
第一章
冷水塔设计计算
第一章
冷水塔设计计算
第一节
冷水塔的类型和构造
冷却过程是工业生产全过程的一部分， 它的各项参数是根据全过程来确定 的。随着工业的发展， 对冷却水的需要也在增长。据有关资料统计， 一个十万干 瓦的热力发电厂， 冷却水量需达 ! """# $ % 左右； 一个年产 & ’""# 聚丙烯的化工设 备， 冷却水用量达 & """# $ % 左右。一些大型化工企业的用水量甚至超过一些大城 市的用水量。由此可见为了节省水源， 对冷却水进行循环利用的重要性。对缺水 地区， 这一点尤为重要。 冷却水循环利用的关键在于它的温度。例如热力发电厂汽轮机效率的提高， 与循环水温的下降成正比。使用固体燃料发电厂的中压机组， 温度每降低 () 能 提高效率 "*+,- ， 高压机组能提高 "*&’- ， 使用核燃料的电厂约为 "*,- 。由此可 见， 精心设计冷水塔， 保证良好的冷却效果有着重要意义。 冷水塔有很多种类， 根据循环水在塔内是否与空气直接接触， 可分成千式、 湿 式。干式冷水塔是把循环水送到安装于冷却塔中的散热器内被空气冷却， 这种塔 多用于水源奇缺而不允许水分散失或循环水有特殊污染的情况。湿式冷水塔则 让水与空气直接接触， 把水中的热传给空气， 在这种塔中， 水因蒸发而造成损耗， 蒸发又使循环的冷却水含盐度增加， 为了稳定水质， 必须排放掉一部分含盐度较 高的水， 补充一定的新水， 因此湿式冷水塔要有补给水源。 图 ( . ( 示出了湿式冷水塔的各种类型。在开放式冷水塔中， 利用风力和空
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（( & (）
水和空气温度不等导致接触传热是引起水温变化的另一个原因， 接触传热的 推动力为两者的温差 （ ! &" ） ， 接触传热的热流方向可从空气流向水， 也可从水流 向空气， 这要看两者的温度以何者为高， 其值为 （ ! &" ） & $ % "% 式中 — —水气间的接触传热量， $ )*； %— — —接触传热时的换热系数， ・# ） 。 )*（ , ./ %— 在冷水塔中， 一般空气量很大， 空气温度变化较小。当水温高于气温时， 蒸发
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第四篇
混合式热交换器设计计算
气的自然对流作用使空气进入冷水塔， 其冷却效果要受到风力及风向的影响， 水 的散失比其他型式的冷水塔大。在风筒式自然通风冷水塔中， 利用较大高度的风 筒， 空气形成的自然对流使空气流过塔内与水接触进行传热， 其特点是冷却效果 比较稳定。在机械通风冷水塔中， 空气以鼓风机送入 （如图 ! " ! 中的 #） 或以抽风 机吸入 （如图 ! " ! 中的 $） ， 所以它具有冷却效果好和稳定可靠的特点， 它的淋水 密度 （指单位时间内通过冷水塔的单位截面积的水量） 可远高于自然通风冷水塔。
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（( & /）
第一章
冷水塔设计计算
散热和接触传热都向同一方向 （即由水向空气） 传热， 因而由水放出的总热量为 ! ! !! " !" 其结果是使水温下降。当水温下降到等于空气温度时， 接触传热量 !" ! #。这时 ! ! !" 故蒸发散热仍在进行。而当水温继续下降到低于气温时， 接触传热量 ! $ 的热流 方向从空气流向水， 与蒸发散热的方向相反， 于是由水放出的总热量为 ! ! !! % !" 如果 !! & !"， 水温仍将下降。但是 !! 渐趋减小， 而 !" 渐趋增加， 于是当水温下 降到某一程度时， 由空气传向水的接触传热量等于由水传向空气的蒸发散热量， 这时 ! ! !! % !" ! # 从此开始， 总传热量等于零， 水温也不再下降， 这时的水温为水的冷却极限。对于 一般的水的冷却条件， 此冷却极限与空气的湿球温度近似相等。因而湿球温度代 表着在当地气温条件下， 水可能冷却到的最低温度。水的出口温度越接近于湿球 ） 时， 所需冷却设备越庞大， 故在生产中要求冷却后的水温比#高 ’ ( )* 。 温度 （ # 当然， 在水温 " !#时， 两种传热量之间的平衡具有动态平衡的特征， 这是因 为不论是水的蒸发或是水气间的接触传热都没有停止， 只不过由接触传热传给水 的热量全部都被消耗在水的蒸发上， 这部分热量又由水蒸汽重新带回到空气中。 从而可见， 蒸发冷却过程中伴随着物质交换， 水可以被冷却到比用以冷却它 的空气的最初温度还要低的程度， 这是蒸发冷却所特有的性质。 当水温被冷却到冷却极限#时， !" 和 !! 之间的平衡关系可用下式表示： （ （ ） # # !! " $%# $ $+ #% $） " 式中 # — — —湿球温度， *； — —温度为#时的饱和水蒸汽压力， $ +#— ,$； — —水气接触面积， #— -. 。
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第一章
冷水塔设计计算
呈现的形状分为点滴式、 薄膜式及点滴薄膜式三种。 （!） 点滴式 这种淋水装置通常用水平的或倾斜布置的三角形或矩形板条按
一定间距排列而成， 如图 ! " # 所示。在这里， 以水滴下落过程中水滴表面的散热 以及在板条上溅散而成的许多小水滴表面的散热 为 主， 约 占 散 热 量 的 $%& ’ 而沿板条形成的水膜的散热只占总散热量的 #)& ’ *%& 。一般来说， 减小 ()& ， 但会增加空气阻力， 减小溅散效果。通 板条之间的距离 ! ! 、 ! # 可增大散热面积， 适当增加风 常取 ! ! 为 !)%++， ! # 为 *%%++。风速的高低也对冷却效果产生影响， 速， 使水滴降落速度减慢， 增加接触时间， 提高传热效果， 增大填料散热能力； 风速 过大， 使小水滴互相聚结的机会增大， 反而降低传热效果， 且增加电耗， 还会使水 自 滴带出， 使水量损失增加。一般在点滴式机械通风冷水塔中可采用 !,* ’ #+ - .， 然通风冷水塔中采用 %,) ’ !,)+ - .。
第一章
冷水塔设计计算
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铅丝水泥网
板淋水装置 （单位： $$）
槽式配水系统通常由水槽、 管嘴及溅水碟组成， 热水从管嘴落到溅水碟上， 溅 。 成无数小水滴射向四周， 以达到均匀布水的目的 （图 ! " %）
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槽式配水系统
管式配水系统的配水部分由干管、 支管组成， 它可采用不同的布水结构， 只要 布水均匀即可。图 ! " & 所示为一种旋转布水管系的平面图。
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通风筒
#—布水器； *—填料； +—隔墙； !—集水池； (—进风口； ,—风机； ’—风筒； )—收水器， -—导风伞； #$—塔体； ##—导风板
在机械通风冷水塔中， 若鼓风机装在塔的下部地区， 操作比较方便， 这时由于 它送的是较冷的干空气， 而不像装在塔顶的抽风机那样用于排除受热而潮湿的空 气， 因此鼓风机的工作条件较好。但是， 采用鼓风机时， 从冷水塔排出的空气流
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第四篇
混合式热交换器设计计算
设水面温度为 ! ， 紧贴水面的饱和空气层的温度与它相同， 但其饱和水蒸汽的 分压力为 " !， 而远离水面空气流的温度为 !， 它的蒸汽分压力是空气相对湿度 ! 即 和空气温度"时的饱和蒸汽压力 "# ! 的乘积， " " !" !" 式中 — —温度为" "— # 的空气层中的蒸汽分压力， $%； — — —空气的相对湿度； ! — —空气温度" " !"— # 时的饱和蒸汽压力， $%。 于是在水面饱和气层和空气流之间就形成了分压力差 $% #" " " ! & " ， 它是水分子向空气中蒸发扩散的推动力。只要 " ! ’ " ， 水的表面就会产生蒸发， 而 与水面温度 ! 高于还是低于水面上的空气温度"无关。在冷水塔的工作条件下， 故 总是符合 " ! ’ " 的， 因此不论水温高于还是低于周围空气温啡， "" 总是正数， 在冷水塔中总能进行水的蒸发， 蒸发所消耗的热量总是由水传给空气， 其值可表 示为 $$ "# & % %! & %） $（ 式中 — —由蒸发产生的传热量， )*； $$— — — —汽化潜热， )+ , )-； % — —以分压差表示的传质系数， ・ 。 )-（ , .・ 0 $%） "— $
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旋转布水的管式配水系统
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第四篇
混合式热交换器设计计算
池式配水系统的配水池建于淋水装置正上方， 池底均匀地开有 ! " #$%% 孔口 （或者装喷嘴、 管嘴） ， 池内水深一般不小于 #$$%%， 以保证洒水均匀。其结构示于 图 # & ’ 中。
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池式配水系统
三、 通风筒 通风筒是冷水塔的外壳， 气流的通道， 其作用在于创造良好的空气动力条件， 并将排出冷却塔的湿热空气送往高空， 减少或避免湿热空气回流。自然通风冷水 塔一般都很高。有的达 #($% 以上， 而机械通风冷水塔一般在 #$% 左右的高度。 包括风机的进风口和上部的扩散筒， 如图 # & ) 所示。为了保证进、 出风的平缓性 和清除风筒口的涡流区， 风筒的截面一般用圆锥形或抛物线形。
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点滴式淋水装置板条布置方式
（#） 薄膜式
这种淋水装置的特点是利用间隔很小的平膜板或凹凸形波板、
网格形膜板所组成的多层空心体， 使水沿着其表面形成缓慢的水流， 而空气则经 多层空心体间的空隙， 形成水气之间的接触面。水在其中的散热主要依靠表面水 膜、 格网间隙中的水滴表面和溅散而成的水滴的散热等三个部分， 而水膜表面的 散热居于主要地位， 约占 (%& 。图 ! " * 中示出了其中四种薄膜式淋水装置的结 构。对于斜波交错填料， 安装时可将斜波片正反叠置， 水流在相邻两片的棱背接 触点上均匀地向两边分散。其规格的表示方法为 “波矩 / 波高 / 倾角—填料总 高” ， 以 ++ 为单位。蜂窝淋水填料是用浸渍绝缘纸制成毛坯在酚醛树脂溶液中浸 胶烘干制成六角形管状蜂窝体构成， 以多层连续放于支架上， 交错排列而成。它
第一章
冷水塔设计计算
第一章
冷水塔设计计算
第一节
冷水塔的类型和构造
冷却过程是工业生产全过程的一部分， 它的各项参数是根据全过程来确定 的。随着工业的发展， 对冷却水的需要也在增长。据有关资料统计， 一个十万干 瓦的热力发电厂， 冷却水量需达 ! """# $ % 左右； 一个年产 & ’""# 聚丙烯的化工设 备， 冷却水用量达 & """# $ % 左右。一些大型化工企业的用水量甚至超过一些大城 市的用水量。由此可见为了节省水源， 对冷却水进行循环利用的重要性。对缺水 地区， 这一点尤为重要。 冷却水循环利用的关键在于它的温度。例如热力发电厂汽轮机效率的提高， 与循环水温的下降成正比。使用固体燃料发电厂的中压机组， 温度每降低 () 能 提高效率 "*+,- ， 高压机组能提高 "*&’- ， 使用核燃料的电厂约为 "*,- 。由此可 见， 精心设计冷水塔， 保证良好的冷却效果有着重要意义。 冷水塔有很多种类， 根据循环水在塔内是否与空气直接接触， 可分成千式、 湿 式。干式冷水塔是把循环水送到安装于冷却塔中的散热器内被空气冷却， 这种塔 多用于水源奇缺而不允许水分散失或循环水有特殊污染的情况。湿式冷水塔则 让水与空气直接接触， 把水中的热传给空气， 在这种塔中， 水因蒸发而造成损耗， 蒸发又使循环的冷却水含盐度增加， 为了稳定水质， 必须排放掉一部分含盐度较 高的水， 补充一定的新水， 因此湿式冷水塔要有补给水源。 图 ( . ( 示出了湿式冷水塔的各种类型。在开放式冷水塔中， 利用风力和空
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水和空气温度不等导致接触传热是引起水温变化的另一个原因， 接触传热的 推动力为两者的温差 （ ! &" ） ， 接触传热的热流方向可从空气流向水， 也可从水流 向空气， 这要看两者的温度以何者为高， 其值为 （ ! &" ） & $ % "% 式中 — —水气间的接触传热量， $ )*； %— — —接触传热时的换热系数， ・# ） 。 )*（ , ./ %— 在冷水塔中， 一般空气量很大， 空气温度变化较小。当水温高于气温时， 蒸发
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第四篇
混合式热交换器设计计算
气的自然对流作用使空气进入冷水塔， 其冷却效果要受到风力及风向的影响， 水 的散失比其他型式的冷水塔大。在风筒式自然通风冷水塔中， 利用较大高度的风 筒， 空气形成的自然对流使空气流过塔内与水接触进行传热， 其特点是冷却效果 比较稳定。在机械通风冷水塔中， 空气以鼓风机送入 （如图 ! " ! 中的 #） 或以抽风 机吸入 （如图 ! " ! 中的 $） ， 所以它具有冷却效果好和稳定可靠的特点， 它的淋水 密度 （指单位时间内通过冷水塔的单位截面积的水量） 可远高于自然通风冷水塔。
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第一章
冷水塔设计计算
散热和接触传热都向同一方向 （即由水向空气） 传热， 因而由水放出的总热量为 ! ! !! " !" 其结果是使水温下降。当水温下降到等于空气温度时， 接触传热量 !" ! #。这时 ! ! !" 故蒸发散热仍在进行。而当水温继续下降到低于气温时， 接触传热量 ! $ 的热流 方向从空气流向水， 与蒸发散热的方向相反， 于是由水放出的总热量为 ! ! !! % !" 如果 !! & !"， 水温仍将下降。但是 !! 渐趋减小， 而 !" 渐趋增加， 于是当水温下 降到某一程度时， 由空气传向水的接触传热量等于由水传向空气的蒸发散热量， 这时 ! ! !! % !" ! # 从此开始， 总传热量等于零， 水温也不再下降， 这时的水温为水的冷却极限。对于 一般的水的冷却条件， 此冷却极限与空气的湿球温度近似相等。因而湿球温度代 表着在当地气温条件下， 水可能冷却到的最低温度。水的出口温度越接近于湿球 ） 时， 所需冷却设备越庞大， 故在生产中要求冷却后的水温比#高 ’ ( )* 。 温度 （ # 当然， 在水温 " !#时， 两种传热量之间的平衡具有动态平衡的特征， 这是因 为不论是水的蒸发或是水气间的接触传热都没有停止， 只不过由接触传热传给水 的热量全部都被消耗在水的蒸发上， 这部分热量又由水蒸汽重新带回到空气中。 从而可见， 蒸发冷却过程中伴随着物质交换， 水可以被冷却到比用以冷却它 的空气的最初温度还要低的程度， 这是蒸发冷却所特有的性质。 当水温被冷却到冷却极限#时， !" 和 !! 之间的平衡关系可用下式表示： （ （ ） # # !! " $%# $ $+ #% $） " 式中 # — — —湿球温度， *； — —温度为#时的饱和水蒸汽压力， $ +#— ,$； — —水气接触面积， #— -. 。
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第一章
冷水塔设计计算
呈现的形状分为点滴式、 薄膜式及点滴薄膜式三种。 （!） 点滴式 这种淋水装置通常用水平的或倾斜布置的三角形或矩形板条按
一定间距排列而成， 如图 ! " # 所示。在这里， 以水滴下落过程中水滴表面的散热 以及在板条上溅散而成的许多小水滴表面的散热 为 主， 约 占 散 热 量 的 $%& ’ 而沿板条形成的水膜的散热只占总散热量的 #)& ’ *%& 。一般来说， 减小 ()& ， 但会增加空气阻力， 减小溅散效果。通 板条之间的距离 ! ! 、 ! # 可增大散热面积， 适当增加风 常取 ! ! 为 !)%++， ! # 为 *%%++。风速的高低也对冷却效果产生影响， 速， 使水滴降落速度减慢， 增加接触时间， 提高传热效果， 增大填料散热能力； 风速 过大， 使小水滴互相聚结的机会增大， 反而降低传热效果， 且增加电耗， 还会使水 自 滴带出， 使水量损失增加。一般在点滴式机械通风冷水塔中可采用 !,* ’ #+ - .， 然通风冷水塔中采用 %,) ’ !,)+ - .。
