冷卻塔設計與計算冷卻水量

冷卻水量Q是設計的主要資料之一和設計的主要對象，決定冷卻塔塔體的大小，因此應盡可能地統計準確。按要求，一般為±5%，但多數是留有適當余地，以適應水量增加的需要。

100Th機械通風玻璃鋼冷卻塔設計計算

1、設計的主要參數設計的氣象參數按上海頻率為5%的晝夜平均干、濕球溫度作為依據。干球溫度：θ=31、5℃；濕球溫度：τ=28℃；大氣壓力：Pa=753mmHg；進塔水溫：t1=37℃；出塔水溫：t2=32℃；進、出塔水溫差：Δt=5℃，為標準型低溫塔；冷卻水量：Q=100m3h；噪聲：≤62dBA聲級；冷幅高：t2-τ=32℃-28℃=4℃；冷卻熱負荷：冷卻1kg水降低1℃水溫，放出1kcal熱量即空氣吸收1kcal熱量，則100m3h水降低5℃放出的熱量總量為5×105kcalh，就是說提供的風量空氣量G應吸收5×105kcalh熱量。2、熱力計算：1計算相對濕度：式中可見：知道風量G可求氣水比λ值，或知道λ值可求G值。在冷卻塔測試中，風量G是實測得到的，故可直接求得λ值；在冷卻塔設計中，空氣與水的重量比λ值，對于t1-t2=Δt=5℃的低溫塔來，一般λ在0、5～0、9之間，常規、常溫低溫冷卻塔根據設計經驗為0、70左右。λ值也常用下式計算：βxv的物理意義在第4章中已闡述，表示單位容積淋水填料V在單位焓差Δim的推動力作用下所能散發的熱量。在冷卻塔其他因素不變的條件下，βxv越大，冷卻塔散熱能力越大，塔的體積可小；或者塔的體積不變，則冷卻水量可增加。我國設計的冷卻塔，其βxv值一般均≥10000kgm3·h，少數接近于10000kgm3·h。日本設計的塔，βxv值較小，僅要求βxv8000kgm3·h。因此，嚴格來說，日本的標準和要求比我國低。這里計算所得的βxv=12841kgm3·h偏高，此塔的熱力性能是較好的。在一定的淋水填料和塔形條件下，冷卻塔本身具有的冷卻能力，稱為冷卻塔的特性數，常用N′或Ω′表示。在冷卻塔設計中，還應計算冷卻塔本身具有的特性數，來校核是否滿足理論計算值的要求。N′或Ω′=βxv·VQ它與淋水填料的特性、幾何尺寸、散熱性能以及氣水比等有關。特性數N′或Ω′越大，則塔的性能越好。冷卻塔熱力性能的計算，就是要使生產上要求的冷卻任務N或Ω與設計的冷卻塔的冷卻能力N′Ω′相等，即為：此式中的βxv值并不是前述的計算所得，是與含濕量差有關的淋水填料的容積散質系數表達式，國內外均采用下式計算：按此式計算所得的βxv值再代入N′=βxv·VQ中。式中g——空氣流量密度kgm3·h；q——淋水密度kgm2·h；A、m、n——試驗常數，不同填料其值不同。淋水填料試驗所得的特性數為：N′Ω′=A′·λmA′、m——不同填料所得的試驗常數。采用塑料斜波交錯簡稱斜交錯淋水填料，規格為55×1215×60°-1000型，其試驗所得參常數為：A′=1、55、m=0、47、氣水比λ=017代入得：N′Ω′=1、55×0、700、47=1、31則N′=1、31N=1、0322，實際的交換數大于設計計算的交換數，故是安全的，能保證設計所要求的冷卻效果。Q=100000kg、V=0、785×D2×H=0、785×3、22×1=8m3。則：=16385kgm3·h設計計算值12841kgm3·h上述計算結果，冷卻塔本身具有的冷卻能力遠大于設計值，故是安全和符合要求的。但試驗塔所得的A′、m等數受試驗條件的影響如試驗裝置中空氣和水的分布比較均勻等，其值稍高于設計的實際使用冷卻塔，故特性數N′Ω′和βxv值應高于設計計算值。但如果高得太多，則可適當調整設計參數，重新設計計算或另選淋水填料。4、通風阻力計算通風阻力計算的目的是根據設計風量和風壓，確定風筒高度或選用風機。在冷卻塔的工作條件下，風機的風量決定于冷卻塔的全部空氣動力阻力，而這一阻力等于風機的全風壓。風機的工作點以風機的特性曲線與冷卻塔的空氣動力阻力性能曲線的交點來表示。通風阻力計算分經驗公式和同型塔實測數據計算兩種。在冷卻塔設計計算中，基本上均采用經驗公式計算。機械通風冷卻塔內通風總阻力等于各部件阻力的總和按式7-1計算。各部件的阻力計算以下：1進風口阻力H1設進口平均風速為：V1=2150ms，總進風量空氣量為G=62000m3h=17、22m3s。阻力系數ξ1=0、55，空氣表觀密度γg=1、134kgm3上述得：H=ΣHi=0、2+0、06+0、133+0、0074+4、65+0、0073+0、143+0、74+0、351+2、12=8、412mmH2O按風量G=62000m3h和計算所得的通風阻力為H=8、412mmH2O，風機直徑=2000mm，選擇有關風機玻璃鋼風機或鋁合金風機等。按式7-21計算電動機額定功率kW。5、配水系統設計計算配水系統的設計，要求達到冷卻水在整個淋水填料面積上配水均勻，以達到較好的冷卻效果。本例題的冷卻水量僅為100m3h，故采用管式配水中的旋轉管布水進行設計計算，設計計算的步驟為：1根據配水流量和開孔孔徑及孔距計算孔口前水壓；2計算水平推力和旋轉力矩；3計算配水管末端線速度與旋轉速度。1基本數據：流量：Q=100m3h旋轉布水器直徑長：D=3100mm布水旋轉管根數：n=6根，每根DN=65mm2配水管設計沿水平方向在旋轉管上開孔，孔口與水平呈45°角向下傾角，孔口中心距為150mm，孔口直徑為=17mm，單孔面積為f=0、785×0、0172=0、000226856m2，單孔流量為q=Qn=0、027760=0、000462963m3s，孔口流速V=qf=0、0004629630、000226856=2、041ms。開孔總面積為：F=0、000226856×60=0、0136119m2。3噴前管內水壓計算61冷卻塔基本尺寸的確定：塔體內徑：Φ=3200mm；風筒內徑：Φ2=2100mm；進風口窗高度：h1=700mm；填料高度：h2=1000mm；填料頂至配水管下緣：h3=300mm；配水管下緣至收縮段：h4=300mm，其中包括12、5mm的除收水器高度。收縮段高：h5=700mm；風筒高：h6=600mm；塔體總高度：H=Σhi=4650mm。淋水填料及收除水器：采用塑料斜波交錯填料，規格為55×1215×60°-1000型，片厚為δ=0、2～0、3mm，比表面積為330m2m3，空隙率為0、96～0、95，波紋傾角60°，每層高為250mm25cm，共4層為1000mm。除水器選用普遍采用的單或雙波塑料或玻璃鋼收水器，用鋼筋穿孔、螺母固定連接。進、出塔水管：選用鋼管或球墨鑄鐵管，進水管直徑為DN=150mm，則過水斷面積為0、785×0、152=0、017663m2，Q=0、0277m3s，得管內流速V1=Qf=0、02770、017663=1、573ms。出塔管可選用與進塔管直徑相同，如選用DN=200mm，則過水斷面積為0、0314m2，管內流速V2=0、885ms。7、水泵需要的壓力揚程H：水泵所需要的揚程壓力有以下部分組成：H=H0+Σhs+Σhd+h7-35式中1H0是熱水池最低水位至塔內配水管的凈高度，稱凈揚程；2Σhs是從水泵吸水管至壓水管整個管路長度沿程水頭壓力損失的總和；3Σhα是指水泵吸水管及壓水管上底閥、單向閥、閘閥、彎頭、三通、漸縮管等局部壓力損失的總和；4h是富余水頭壓力，中、小型塔一般考慮4～6m。現假定條件與有關參數以下：設地面標高為±0、00，水泵在熱水池吸水的最低水位為-3、50m，冷卻塔設在二樓平頂上，平頂標高為+6、60m；管路長度見平、立圖中標出的尺寸圖7-14，按管路總長度計算沿程水頭損失；局部阻力損失依序為吸水管底閥、閥門、單向閥、四只90°彎頭、分配管入口、孔眼出口等。現分別計算以下：1凈揚程H0：最低水位距地面為3、5m，地面至二樓頂為6、6m，二樓頂至配水管高度為1+0、7+1+0、3=3、0m，則得凈揚程為：H0=3、5+6、6+3、0=13、1m2沿程水頭壓力損失hs：假設水泵吸水管徑與壓出水管管徑相同，均為DN=150mm，則沿程管徑、流量、流速均沒有變化，就不存在分段計算，就簡便了。按平、立圖計，管路的總長為：L=Σl=4、0+6、5+7、5+7、0+3、0=28m其水力坡度計算水頭損失的計算公式為：按式7-40、7-41公式計算已制成鋼管、鑄鐵管水力計算表；按式7-42公式計算已制成鋼管、鑄鐵管A值表。一般設計計算時，不按上述公式進行計算，而是根據Q、DN、V查水力計算表得1000i換算而得。現Q=100m3h=27、778Ls式中ξ——局部阻力系數查表。其他符號同前。4水泵入口hd4：水泵入口ξ=110，因入口DN小1～2檔，以DN=100計，V1=0、027780、785×0、12=3、54ms根據上述計算得hd為：hd=Σhdi=0、76+0、025+0、95+0、64+0、363+0、067+1、25=4、055m考慮管道系統的腐蝕、結垢等使粗糙系數n值增大及計算漏項等誤差，故選擇泵時考慮安全富余水頭為4m，則水泵所需要的揚程壓力為：H=H0+Σhs+Σhα+4=13、1+1+4、055+4≈22、2m即為2、22kgcm2。選用IS100-80-100A，單級單吸懸臂式離心泵，其主要參數為：在高效段范圍內，Q=58～112m3h，H=27～22m，當Q=100m3h，H=23m。電機功率：N=11kW，型號：Y160M1-2η=77%，轉速n=2900rmin。5風機電機功率計算：采用水輪機推動風機轉動，則可節省2、2kW。計算得N=2、2kW，則選用電動機功率應N2、5kW。