冷卻塔干濕球溫度及水冷卻理論極限

干、濕球溫度θ和τ是冷卻塔設(shè)計(jì)的主要?dú)庀髤?shù)，它們是反映空氣溫度的物理參數(shù)。冷卻塔濕球溫度計(jì)的原理及相對(duì)濕度1、濕球溫度計(jì)原理測(cè)θ和τ的干、濕度溫度計(jì)見(jiàn)圖5-4。干球溫度θ是用一般溫度計(jì)測(cè)得的圖5-4中的左邊一支。而測(cè)濕球溫度的溫度計(jì)圖5-4中的右邊一支，它的水銀球上包一層濕紗布紗布的下端浸入在充水的容器之中，使空氣與水不直接接觸，測(cè)得的溫度稱(chēng)為濕球溫度，用τ表示，該溫度實(shí)際上是在當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的氣溫條件下，水冷卻所能達(dá)到的最低溫度。濕球溫度計(jì)上的紗布在毛細(xì)管作用下，紗布表面吸收了一層水，在空氣不飽和的情況下，這層表面的水不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)所需要的熱量由水中取得，因而水溫逐漸降低。這里存在著兩種散熱：一種是空氣向水進(jìn)行傳導(dǎo)散熱；另一種是水向空氣進(jìn)行蒸發(fā)散熱，現(xiàn)分析在tfθ時(shí)的水向空氣傳熱。空氣向水的傳導(dǎo)散熱：設(shè)剛開(kāi)始時(shí)，紗布上表面這層水的溫度為tf，空氣溫度為θ，開(kāi)始時(shí)因tfθ，水向空氣傳熱，當(dāng)tf下降后，在tf=θ時(shí)，Hα=0，當(dāng)tf再下降，到θtf時(shí)存在著θ-tf的溫度差，這個(gè)溫度差是空氣向水傳導(dǎo)散熱的推動(dòng)力，這樣，空氣向紗布與空氣的交界面?zhèn)鬟f熱量，再通過(guò)紗布把空氣的熱量傳給水。設(shè)水銀球上蓋的濕紗布面積為F，傳熱系數(shù)為α，則空氣向濕紗布交界面?zhèn)鬟f的熱量為：αθ-tfF，此值隨tf的下降而增加。同時(shí)紗布交界面的水也在不斷地向空氣傳遞熱量，進(jìn)行蒸發(fā)散熱，使水溫T不斷下降，當(dāng)紗布層水溫T降低到τ時(shí)tf=τ＜θ，水層的溫度不再下降了，這時(shí)：水的蒸發(fā)散熱=空氣傳遞給水的熱量，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這時(shí)候紗布水層上的溫度τ稱(chēng)為濕球溫度，這時(shí)空氣向水層傳遞的熱量達(dá)到最大值，即為αθ-τF。那么這時(shí)候水層向空氣蒸發(fā)散熱量是多少呢當(dāng)紗布水層溫度達(dá)到τ時(shí)tf=τ＜θ，水層交界面達(dá)到飽和蒸氣，其飽和蒸氣分壓力為P″τ，而空氣溫度為θ時(shí)的蒸氣分壓力為Pθ，P″τPθ，它們的蒸氣分壓力差為P″τ-Pθ，這個(gè)分壓力差就是紗布水層繼續(xù)向空氣蒸發(fā)散熱的推動(dòng)力。就是說(shuō)這時(shí)存在著空氣向水進(jìn)行傳導(dǎo)散熱的推動(dòng)力是θ-τ的溫度差；水向空氣進(jìn)行蒸發(fā)散熱的推動(dòng)力是P″τ-Pθ分壓力差。空氣向水進(jìn)行傳導(dǎo)散熱量為αθ-τF，而這時(shí)的蒸發(fā)散熱量是多少設(shè)水的汽化熱為γkcalkg，γ=γ0+0、47，汽化熱γ0=597、3kcalkg。設(shè)βp為壓差蒸發(fā)散熱系數(shù)，代表單位蒸氣壓力下，單位面積上水汽蒸發(fā)量kgm2·h·atm。那么水層溫度降到τ時(shí)，紗布水層的蒸發(fā)散熱量為：γβpP″τ-PθF，因?yàn)檫@時(shí)空氣向水的傳導(dǎo)散熱=水層向空氣的蒸發(fā)散熱，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，則得：則可得空氣中水蒸氣的分壓力Pθ為：通過(guò)實(shí)驗(yàn)得αγβp=0、000662P，代入式5-41得：這就是前面論述的式5-20的由來(lái)。2、精確測(cè)定濕球溫度τ要注意的問(wèn)題1必須保證水銀球完全被濕紗布覆蓋：2空氣的速度風(fēng)速必須要足夠大，一般要求風(fēng)速在3～5ms以上，這樣周?chē)h(huán)境傳來(lái)的輻射熱的影響可忽略不計(jì)，只存在空氣傳遞來(lái)的熱量對(duì)濕球溫度τ的影響。3補(bǔ)充水的水溫應(yīng)與濕球溫度τ相等。滿足上述三條后，空氣流速風(fēng)速可以在較大范圍內(nèi)變化即不一定要在3～5ms之內(nèi)，從而不影響濕球溫度的測(cè)定值。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定時(shí)，把阿斯曼通風(fēng)干、濕球溫度計(jì)放在搭好的棚內(nèi)即要求通風(fēng)而又不在太陽(yáng)下，溫度計(jì)應(yīng)放在距地面210m處，又要距冷卻塔有一定的距離，防止冷卻塔出來(lái)的濕空氣凝結(jié)水滴的影響，但也不要太遠(yuǎn)。測(cè)定讀數(shù)間隔時(shí)間為10～20min一次。測(cè)點(diǎn)布置的數(shù)目，中小型冷卻塔可布置2個(gè)以上測(cè)點(diǎn)：大型冷卻塔要求布置4個(gè)以上測(cè)點(diǎn)，然后取各測(cè)點(diǎn)相加后的算術(shù)平均值。但一般玻璃鋼冷卻塔的測(cè)試往往都只布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。3、濕球溫度對(duì)水蒸發(fā)散熱冷卻的意義。濕球溫度τ對(duì)水蒸發(fā)冷卻的意義主要有以下兩條：1濕球溫度τ代表當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的氣溫條件下，水可能被冷卻的最低溫度，即冷卻塔出水溫度t2的理論極限值即在理論上冷卻塔的出水溫度t2可達(dá)到τ的溫度。當(dāng)要求冷卻后的水溫t2越接近濕球溫度時(shí)，冷卻越困難，要使t2接近于τ，則冷卻塔的尺寸和體積會(huì)增加很多，就會(huì)大幅度地增加造價(jià)而很不經(jīng)濟(jì)。一般冷卻塔的出水溫度t2等于或大于τ3～5℃即t2-τ≥3～5℃，t2-τ稱(chēng)為冷幅高，是衡量冷卻塔冷卻效果好與差的重要指標(biāo)。上海地區(qū)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)型低溫塔冷卻塔出水溫度t2=32℃，設(shè)計(jì)采用的τ為28℃，則t2-τ=4℃。2先簡(jiǎn)述一下絕熱飽和溫度θB的概念。當(dāng)空氣溫度θ不變時(shí)，濕空氣焓i和相對(duì)濕度均隨含濕量X的增加而增加，隨X的含量減少而減少。當(dāng)含濕量X增加到使?jié)窨諝膺_(dá)到飽和時(shí)，則濕空氣就不再吸收水蒸氣了，就是說(shuō)拒絕吸收水中蒸發(fā)出來(lái)的散熱量。這時(shí)空氣中的水蒸氣分壓力從Pθ上升到P″θ，=1，X和i值都達(dá)到了最大值。這時(shí)的X和θ分別稱(chēng)為飽和含濕量和飽和濕度，而此時(shí)濕空氣拒絕吸收水中蒸發(fā)的熱量，故這時(shí)的飽和溫度稱(chēng)為絕熱飽和溫度，用θB表示。濕球溫度τ與濕空氣的絕熱飽和溫度θB在物理概念上是完全不同的，但濕球溫度的數(shù)值與空氣的絕熱飽和溫度的值是相等的，即τ=θB，這一性質(zhì)使得水的最低冷卻溫度與空氣的絕熱飽和溫度相等。在空氣含熱量計(jì)算圖中圖5-3與=1相交的溫度θB就等于濕球溫度τ，因此，冷卻過(guò)程的理論分析，可以根據(jù)濕空氣的焓濕圖來(lái)進(jìn)行。冷卻塔濕空氣焓濕圖的應(yīng)用濕空氣中的相對(duì)濕度、含濕量X、含熱量i和溫度tθ是4項(xiàng)重要的熱力學(xué)參數(shù)，其計(jì)算工作量大而且繁瑣，除試驗(yàn)或?qū)崪y(cè)得到之外，為計(jì)算方便，把、X、i、t4項(xiàng)的相互關(guān)系繪制成圖5-5，利用圖5-5，可根據(jù)已知的兩項(xiàng)熱力學(xué)參數(shù)，就可直接查出另兩項(xiàng)，簡(jiǎn)化了計(jì)算工作。如何應(yīng)用圖5-5，以圖5-6來(lái)加以說(shuō)明，按圖5-6所示，已知溫度tp和相對(duì)濕度=0、6，按tp點(diǎn)垂直向上與=0、6曲線交于P點(diǎn)，由P點(diǎn)水平向右移動(dòng)得含濕量Xp；由P點(diǎn)與i線平行向左上角移動(dòng)，得熱焓ip。焓濕圖是冷卻塔熱力計(jì)算的基本圖表，從焓濕圖分析可以得出下列關(guān)系。1、當(dāng)溫度t不變時(shí)，如圖5-6中BtB線所示，熱焓i和相對(duì)濕度均隨含濕量X的增減而增減，當(dāng)相對(duì)濕度=1的最大值時(shí)，則X與i在該溫度下也均達(dá)到最大值，這時(shí)XB及tB分別稱(chēng)為飽和含濕量和飽和溫度。2、當(dāng)X為常數(shù)時(shí)，如圖5-6中的BXB線所示，i隨著t的增減而增減，而隨著t的降低而增加即t增加減小，當(dāng)t降到=1的時(shí)候，空氣達(dá)到飽和，即達(dá)到露點(diǎn)。這時(shí)的t為最小值。這就是前面講到的，在一定溫度下，原來(lái)沒(méi)有達(dá)到飽和的空氣即Pq沒(méi)有達(dá)到P″q，當(dāng)溫度下降到某一值時(shí)達(dá)到了飽和，使=1，Pq=P″q；反過(guò)來(lái)，在一定溫度下已達(dá)到飽和的空氣，當(dāng)溫度升高后就不飽和了，可繼續(xù)接受水蒸氣。3、當(dāng)i為常數(shù)時(shí)，如圖5-6中的BC線所示，這時(shí)濕空氣的散熱量與吸熱量相等，熱力學(xué)上稱(chēng)為絕對(duì)條件。這就是前面討論的濕球溫度τ的數(shù)值與空氣的絕熱飽和溫度值相等，當(dāng)空氣按絕熱過(guò)程降低溫度時(shí)即沿BC線移動(dòng)，它與飽和線=1相交的溫度tB就等于濕球溫度τ。從圖中BC線可見(jiàn)：隨X的增加而增加，而t隨X的增加而降低，當(dāng)X增加到XB時(shí)，=1，即X與均達(dá)到了最大值，而t降低到了最低值tB，即濕空氣處于飽和狀態(tài)，tB=τ，=1，X=XB。4、當(dāng)相對(duì)濕度不變時(shí)，t、x、i都是同時(shí)增加或同時(shí)減小。

冷卻塔調(diào)試與日常使用

1、在使用前對(duì)進(jìn)出水管道、水池進(jìn)行全面沖洗，清除塔內(nèi)垃圾，以防管路堵塞。2、各部件連接螺栓，特別是傳動(dòng)部件風(fēng)機(jī)，電機(jī)，旋轉(zhuǎn)布水器，必須一一擰緊。3、檢查齒輪減速器油位是否正常，皮帶減速器的皮帶運(yùn)行約60H后，須重新檢查皮帶拉力，確保正常，并加注黃油一般每臺(tái)50克左右，三個(gè)月檢查加注一次。4、風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)磕碰上殼體。當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，從塔頂往下看應(yīng)為順時(shí)針，向上抽風(fēng)。5、冷卻塔如有異常聲音應(yīng)立即停機(jī)，全面檢查，直至排除故障。6、風(fēng)機(jī)工作后，打開(kāi)水閥，同時(shí)水泵流量、進(jìn)塔水壓、電流、電壓、振動(dòng)、噪音值均應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，并做好有關(guān)冷卻塔的進(jìn)出水溫度，流量，氣象參數(shù)的記錄。7、發(fā)現(xiàn)布水器不轉(zhuǎn)或布水不均勻時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢修。8、循環(huán)水應(yīng)為自來(lái)水或清潔水，不宜含油污和雜質(zhì)，渾濁度不大于50mm1。9、冷卻塔作為重要的冷卻設(shè)備，應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)管理，北方天氣較冷要考慮結(jié)冰影響。