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横流式机械通风冷却塔的设计计算简述

发表时间:2021-10-18 16:05

横流式机械通风冷却塔的设计计算简述

冷却设备 2020-10-12

上回我们重点介绍了逆流式机械通风冷却塔的设计计算方法,这次重点为大家简述横流式机械通风冷却塔的设计计算方法。


与逆流式相同,横流式机械通风冷却塔的设计计算一样包含通风阻力计算和热力计算两部分。

1

通风阻力计算


机械通风横流式冷却塔塔体结构如图1所示。




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图1   横流式冷却塔结构示意图

空气的流程包括了进风口、百叶窗、填料、收水器、风机进口、风筒及风筒出口。塔的总阻力为各部分阻力之和。即:

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除淋水填料外,其他部分的气流流态同样都按阻力平方区处理,即该处的阻力可用阻力系数与动能的积表示,即:

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各部件的阻力系数原则上由试验数据获取,当缺少试验数据时,可参考以下公式进行计算。


1

进风口


进风口的阻力系数:微信图片_20211018161152.png


2

百叶窗


一般横流塔都安装进风百叶窗,也有些薄膜式填料的横流塔不安装。


百叶窗的作用有两个:一是起导流作用,使通过横流塔的气流分配均匀;二是防止淋水溅散到塔外。


百叶窗的阻力与百叶窗叶片角度、间距、填料安装倾角及填料的阻力有关,一般当填料阻力较大时,百叶窗阻力变小。其阻力系数计算公式为:

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3

填料


气流进入淋水填料有一个收缩过程,从淋水填料出来有一个扩散过程,该过程存在气流阻力,它与填料的阻力是分不开的,不单独计算。原因是填料阻力一般比收扩的阻力大得多,可忽略。另外,填料阻力数据取得时也存在收扩过程,填料的阻力数据中已经包含了这部分阻力。填料的阻力系数可表示为:

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4

收水器


收水器的阻力与风速有关,一般由试验资料给出,其阻力系数表达式一般为:

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5

风机进口


与逆流塔不同,横流塔的气流进入风机前是由水平转为垂向再进入风机的,阻力系数可参考相近的汇流阻力系数计算:

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6

风筒


风机出口一般安装导风筒,目的是回收一部分风机动能。风筒的高度按设计规定一般取风机直径的0.4~0.5倍,扩散角7°~9°。


风筒出口如图2。


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图2   风筒简图

风筒的阻力系数可参考下式:

微信截图_20211018162100.png



7

风筒出口


风筒出口的气流动能将全部损失,所以,风筒出口的阻力系数为:

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2

热力计算


横流式机械通风冷却塔的热力计算方法采用焓差近似解析法,具体计算步骤可参考国家标准GB/T 7190.1-2018《机械通风冷却塔 第1部分:中小型开始冷却塔》中的附录A。


3

设计计算


与机械通风逆流式冷却塔的设计计算相同,机械通风横流式冷却塔设计计算也有两种情况。


一种情况是根据已知的冷却任务,即冷却水量、进出塔水温、进塔空气干湿球温度(或干球温度和相对湿度)和大气压,进行冷却塔的设计;


另一种情况是已知某确定的冷却塔,即已知冷却塔的尺寸、填料热力阻力性能、风机性能等,计算出塔水温。

第一种情况的计算步骤如下:


(1)初步确定横流式冷却塔淋水填料的高度、深度等尺寸,选定风机直径,尺寸的确定应以已有的经验或设计规范作指导。


(2)选定淋水填料的形式。


(3)在初步确定以上条件的基础上,假定一个风量按式(1)进行塔的总阻力计算,根据总阻力(即风机全压),查风机性能曲线图,确定新的风机风量,再计算塔的总阻力,直到风机的全压与塔的总阻力相等或差值小于某规定值。计算风量时,空气不同部位的密度可以按进出塔空气的平均密度进行计算,出口空气温度可取进出塔水温的平均值。


(4)给定不同的风机叶片角度,重复步骤(3)可计算出风机叶片角度与风机风量的关系曲线图,如图3所示。


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图3   风机叶片角度与风机风量的关系曲线


(5)先假定填料的容积散质系数,根据国家标准GB/T 7190.1中的相关公式可计算出一个新的出塔水温。若出水温度设计要求和计算值相等或误差很小(如小于0.001℃),则认为开始假定的容积散质系数满足冷却要求。否则,采用牛顿迭代法,重复上述过程。


(6)比较冷却要求和填料具有的容积散质系数,若二者不一致,通过调整风量,使二者一致。这时由图3可确定风机叶片安装角度,若通过风量调整仍不能满足要求,则对填料的类型和填料尺寸重新设计后返回第(3)步。


(7)根据已经确定的风机、塔体尺す、填料高度等作局部调整,然后重复第(1)~(5)步骤,综合各种因素进行优化,达到经济目的。

第二种情况的计算步骤如下:


(1)根据风机轴功率、叶片安装角度,查询风机性能曲线,可得到冷却塔的通风量,结合给定的水量,查询冷却塔所选用的填料热力特性曲线,可确定横流塔的容积散质系数。


(2)先假定出塔水温,由国家标准GB/T 7190.1中的相关公式可计算得到一个新的出塔水温(计算过程中会用到步骤1中的容积散质系数),比较计算值与假定值,若两者相差较大则重新假定,反复计算后可得到较为准确的出塔水温。



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