冷却塔是利用水和空气的接触,使用自然或机械的方法通过热、质交换来散去工业上或制冷空调系统中产生的废热的一种热力设备。
国标:GB/T7190-2018《机械通风冷却塔》系列标准,分为三个部分:第1部分,中小型开式冷却塔;第2部分,大型开式冷却塔;第3部分,闭式冷却塔。
散热分类:在湿式冷却塔中,热水将热量传给空气,由空气带走,散到大气中去。水向空气散热有三种形式:①传导散热;②蒸发散热;③辐射散热。
干球温度和湿球温度:
干湿球温度是冷却塔设计中的主要气象参数,干球温度是温度计在普通空气中所测出的温度,即我们一般天气预报里常说的气温。
湿球温度是指同等焓值空气状态下,空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度,在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上,对应点的干球温度。
水的冷却过程:在冷却塔中水的冷却过程由水温t、空气的干球温度θ、湿球温度τ决定。单位面积,单位时间的传导散热量为qα,蒸发散热量为qβ。可分为下图所示的四种传热情况。

(1)水温大于气温。两种热量都由水面散向空气,q=qα+qβ,水温降低,水量产生蒸发损失。
(2)t=θ,水温和气温相等。传导散热停止,蒸发散热照常进行,q=qβ,水温降低,水量产生蒸发损失。
(3)τ<t<θ。由于水温低于空气干球温度,从空气向水中产生传导散热;水面蒸发散热照常进行,q=qβ-qα>0,水温降低。
(4)τ=t<θ。同(3)的传热情况,但qβ=qα,所以q=0,即水温不再降低,但蒸发仍在发生。这是水冷却的极限情况,如果水温继续下降,将产生qα>qβ水温又会升高,所以τ=t是水冷却的极限。
逼近度:指的是冷却塔的出水温度与湿球温度的差值。
冷却塔出水温度实际上不能等于或低于湿球温度,一般情况下出水温度t2需高于湿球温度2℃以上,即逼近度。
t2-τ≥2℃。逼近度越小越难达到。如果要将出水温度降到湿球温度,则冷却塔必须做到无限大,实际上不可能也不经济。
空冷器的逼近度在15℃以上。

冷却塔的组成:
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编号
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名称
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作用
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备注
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1
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填料
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使进入冷却塔的热水尽可能地形成细小的水滴或薄的水膜,以增加水与空气的接触面积和接触时间,有利于水和空气的热、质交换。
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分点滴式淋水装置、薄膜式淋水装置和网格形模板淋水装置。
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2
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配水系统
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配水系统的作用在于把热水均匀的分布于整个填料的表面上,以充分发挥填料的作用。
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分为:管式 (固定式,旋转式)、池式
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3
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通风设备
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通风设备由电机、减速机、风机组成,用以产生设计要求的空气流量,保证要求的冷却效果。
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机械通风冷却塔主要是轴流风机,少部分采用离心式。
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4
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塔主体
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外部围护结构,包括框架、外板。起支承、维护和组合气流的功能。
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框架要作防腐处理:刷油漆或热浸锌。
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5
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收水器
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作用是降低冷却塔排出的湿空气中的含水量,空气流过填料和配水系统后,携带许多细小的水滴,在空气排出冷却塔之前就需要用收水器回收部分水滴,以减少冷却水损失和对外界环境的影响。
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6
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集水池
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位于冷却塔下部或另外设置,用以汇集经填料冷却的 水,如果集水池还起调节流量的作用,则应有一定的储备容积。
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集水池设补水管、排污管、溢流管。
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7
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输水系统
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进水管把热水送往配水系统,进水管上设阀门,调节进塔水量;出水管把冷水送往用水设备或循环水泵,必要时多台塔之间可设连通管。
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8
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空气分配装置
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由进风口、百叶、导风板等组成,引导空气均匀地分布在冷却塔整个进风截面上。
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9
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其他设备
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检修门、检修梯、通道、避雷装置、减震器、电加热器等。
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冷却塔的选型:
开式塔、闭式塔→横流式、逆流式→确定水量、进出口温度、湿球温度→选出型号→根据型号确认摆放场地、噪声、进出风是否通畅等是否满足要求。
关于逆流塔和横流塔的选择:
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项目
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横流式冷却塔
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逆流式冷却塔
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噪音
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横流塔填料下部小部分没入水中,这样水流经填料表面后,直接落入下部水槽,噪音很低。
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逆流塔填料与下部水槽间有较大距离,水从填料落下后,产生哗哗落水声,噪音大。
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检修
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横流塔体设有检修门,塔内部留有检修空间,可以在不停机的情况下对设备进行检修和日常维护。
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逆流塔整个塔体为封闭结构,设备检修或进行日常维护时,要停机。
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水损失
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横流塔风机位于冷却塔正中,填料位于两侧,因此飘水量很小,为环保性产品。
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由于逆流塔的风机位于填料正上方且距离较近,因此飘水量较大。另外,下部水槽水的飞溅损失很大,易在冷却塔周围形成水雾,易造成军团性菌群的繁殖。
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模块化
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横流塔专为模块化设计,单体两面进风,模块组合后进风面无变化,电机耗功不变。
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逆流塔单体四面进风,模块组合后进风面减少,影响进风量,为满足风量要求,电机耗功就要加大。
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塔高度
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填料高度接近塔高,收水器不占高度,塔总高度低。
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因进风口高度和收水器水平布置等因素,塔总高度较高。
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风阻
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横流塔比逆流塔低,进风口高即为填料高,故进风风速低,电机耗功少。
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逆流塔水气逆向流动,加上配水对气流的阻挡,因此风阻较高,电机耗功较大。
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布水系统
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横流塔采用重力自然落下的布水系统,散水孔不易堵塞,而且布水均匀,最大限度地提高了填料性能。
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逆流塔采用喷嘴布水,对压头要求较高,喷嘴易堵塞。
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逆流式的优点:占地面积小、热回流的情况少、换热效率高。
冷却塔的噪声主要来自电机、风机、淋水和塔体的震动。一般来说,同一类型的冷却塔,冷却水量小的要比冷却水量大的噪声高。
冷却塔噪声标准测点:
(1)在风机排风筒外,与水平面夹角为45°斜线上,距风筒出口边缘的水平距离等于风机直径处,当风机直径大于5m时,此水平距离取为5m。
(2)在进风口外,离地高度1.5m,距塔边缘的水平距离等于塔体直径。
当塔体为矩形时,则取为当量直径:

式中:D—当量直径(m);a、b—分别为塔体的长和宽(m);

关于摆放场地:

关于基础:
冷却塔基础种类:混凝土基础、钢结构基础。
施工基本原则:高、平、准。
混凝土基础:适用新建项目;预埋钢板、预留螺栓孔。

关于配管:
回水管:







冷却塔施工:




给水量计算说明:
A蒸发损失水量(E)
E=Q/600=(T1-T2)×L/600
E:代表蒸发水量(kg/h);Q:代表热负荷(Kcal/h);
600:代表水的蒸发潜热(Kcal/h);T1代表入水温度(℃);
T2代表出水温度(℃);L代表循环水量(kg/h)
B:飞溅损失水量(C)
冷却塔之飞溅损失量依冷却塔设计型式、风速等因素决定之。一般正常情况下,其值约等于循环水量的0.1~0.2%左右。C定期排放水量损失(D)。
定期排放水量损失须视水质或水中固体浓度等因素决定之。一般约为循环水量之0.3%左右。
补水量=循环水量×(蒸发损失+泄漏损失+排放损失)/100
举例:一台循环水量为1000m³/h的冷却塔,其蒸发损失为5m³/h,泄漏损失为10m³/h,排放损失为5m³/h,则其补水量为1000×(5+10+5)/100=200m³/h。因此,该冷却塔每小时需要补充200m³的水量。冷却塔用于空调时,温度差设计在5℃,此时冷却塔所须之补给水量约为循环水量的2%左右。
散热量计算:散热量=水量×温差/0.861(KW)
举例:一台冷却塔,在进出口温度37/32℃,湿球温度28℃,处理水量为100m³/h。其散热量为多少?
答:100×5/861=580KW
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