冷卻塔設(shè)計(jì)與計(jì)算冷卻水量

冷卻水量Q是設(shè)計(jì)的主要資料之一和設(shè)計(jì)的主要對(duì)象，決定冷卻塔塔體的大小，因此應(yīng)盡可能地統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確。按要求，一般為±5%，但多數(shù)是留有適當(dāng)余地，以適應(yīng)水量增加的需要。

100Th機(jī)械通風(fēng)玻璃鋼冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算

1、設(shè)計(jì)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)的氣象參數(shù)按上海頻率為5%的晝夜平均干、濕球溫度作為依據(jù)。干球溫度：θ=31、5℃；濕球溫度：τ=28℃；大氣壓力：Pa=753mmHg；進(jìn)塔水溫：t1=37℃；出塔水溫：t2=32℃；進(jìn)、出塔水溫差：Δt=5℃，為標(biāo)準(zhǔn)型低溫塔；冷卻水量：Q=100m3h；噪聲：≤62dBA聲級(jí)；冷幅高：t2-τ=32℃-28℃=4℃；冷卻熱負(fù)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(fēng)量空氣量G應(yīng)吸收5×105kcalh熱量。2、熱力計(jì)算：1計(jì)算相對(duì)濕度：式中可見：知道風(fēng)量G可求氣水比λ值，或知道λ值可求G值。在冷卻塔測(cè)試中，風(fēng)量G是實(shí)測(cè)得到的，故可直接求得λ值；在冷卻塔設(shè)計(jì)中，空氣與水的重量比λ值，對(duì)于t1-t2=Δt=5℃的低溫塔來，一般λ在0、5～0、9之間，常規(guī)、常溫低溫冷卻塔根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為0、70左右。λ值也常用下式計(jì)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(dòng)力作用下所能散發(fā)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(shè)計(jì)的冷卻塔，其βxv值一般均≥10000kgm3·h，少數(shù)接近于10000kgm3·h。日本設(shè)計(jì)的塔，βxv值較小，僅要求βxv8000kgm3·h。因此，嚴(yán)格來說，日本的標(biāo)準(zhǔn)和要求比我國低。這里計(jì)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(shù)，常用N′或Ω′表示。在冷卻塔設(shè)計(jì)中，還應(yīng)計(jì)算冷卻塔本身具有的特性數(shù)，來校核是否滿足理論計(jì)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(guān)。特性數(shù)N′或Ω′越大，則塔的性能越好。冷卻塔熱力性能的計(jì)算，就是要使生產(chǎn)上要求的冷卻任務(wù)N或Ω與設(shè)計(jì)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(jì)算所得，是與含濕量差有關(guān)的淋水填料的容積散質(zhì)系數(shù)表達(dá)式，國內(nèi)外均采用下式計(jì)算：按此式計(jì)算所得的βxv值再代入N′=βxv·VQ中。式中g(shù)——空氣流量密度kgm3·h；q——淋水密度kgm2·h；A、m、n——試驗(yàn)常數(shù)，不同填料其值不同。淋水填料試驗(yàn)所得的特性數(shù)為：N′Ω′=A′·λmA′、m——不同填料所得的試驗(yàn)常數(shù)。采用塑料斜波交錯(cuò)簡(jiǎn)稱斜交錯(cuò)淋水填料，規(guī)格為55×1215×60°-1000型，其試驗(yàn)所得參常數(shù)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(shí)際的交換數(shù)大于設(shè)計(jì)計(jì)算的交換數(shù)，故是安全的，能保證設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算值12841kgm3·h上述計(jì)算結(jié)果，冷卻塔本身具有的冷卻能力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，故是安全和符合要求的。但試驗(yàn)塔所得的A′、m等數(shù)受試驗(yàn)條件的影響如試驗(yàn)裝置中空氣和水的分布比較均勻等，其值稍高于設(shè)計(jì)的實(shí)際使用冷卻塔，故特性數(shù)N′Ω′和βxv值應(yīng)高于設(shè)計(jì)計(jì)算值。但如果高得太多，則可適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，重新設(shè)計(jì)計(jì)算或另選淋水填料。4、通風(fēng)阻力計(jì)算通風(fēng)阻力計(jì)算的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)量和風(fēng)壓，確定風(fēng)筒高度或選用風(fēng)機(jī)。在冷卻塔的工作條件下，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量決定于冷卻塔的全部空氣動(dòng)力阻力，而這一阻力等于風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓。風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)以風(fēng)機(jī)的特性曲線與冷卻塔的空氣動(dòng)力阻力性能曲線的交點(diǎn)來表示。通風(fēng)阻力計(jì)算分經(jīng)驗(yàn)公式和同型塔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算兩種。在冷卻塔設(shè)計(jì)計(jì)算中，基本上均采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔內(nèi)通風(fēng)總阻力等于各部件阻力的總和按式7-1計(jì)算。各部件的阻力計(jì)算以下：1進(jìn)風(fēng)口阻力H1設(shè)進(jìn)口平均風(fēng)速為：V1=2150ms，總進(jìn)風(fēng)量空氣量為G=62000m3h=17、22m3s。阻力系數(shù)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(fēng)量G=62000m3h和計(jì)算所得的通風(fēng)阻力為H=8、412mmH2O，風(fēng)機(jī)直徑=2000mm，選擇有關(guān)風(fēng)機(jī)玻璃鋼風(fēng)機(jī)或鋁合金風(fēng)機(jī)等。按式7-21計(jì)算電動(dòng)機(jī)額定功率kW。5、配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求達(dá)到冷卻水在整個(gè)淋水填料面積上配水均勻，以達(dá)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(zhuǎn)管布水進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟為：1根據(jù)配水流量和開孔孔徑及孔距計(jì)算孔口前水壓；2計(jì)算水平推力和旋轉(zhuǎn)力矩；3計(jì)算配水管末端線速度與旋轉(zhuǎn)速度。1基本數(shù)據(jù)：流量：Q=100m3h旋轉(zhuǎn)布水器直徑長：D=3100mm布水旋轉(zhuǎn)管根數(shù)：n=6根，每根DN=65mm2配水管設(shè)計(jì)沿水平方向在旋轉(zhuǎn)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(nèi)水壓計(jì)算61冷卻塔基本尺寸的確定：塔體內(nèi)徑：Φ=3200mm；風(fēng)筒內(nèi)徑：Φ2=2100mm；進(jìn)風(fēng)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(fēng)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(cuò)填料，規(guī)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(jìn)、出塔水管：選用鋼管或球墨鑄鐵管，進(jìn)水管直徑為DN=150mm，則過水?dāng)嗝娣e為0、785×0、152=0、017663m2，Q=0、0277m3s，得管內(nèi)流速V1=Qf=0、02770、017663=1、573ms。出塔管可選用與進(jìn)塔管直徑相同，如選用DN=200mm，則過水?dāng)嗝娣e為0、0314m2，管內(nèi)流速V2=0、885ms。7、水泵需要的壓力揚(yáng)程H：水泵所需要的揚(yáng)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(nèi)配水管的凈高度，稱凈揚(yáng)程；2Σhs是從水泵吸水管至壓水管整個(gè)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(xiàn)假定條件與有關(guān)參數(shù)以下：設(shè)地面標(biāo)高為±0、00，水泵在熱水池吸水的最低水位為-3、50m，冷卻塔設(shè)在二樓平頂上，平頂標(biāo)高為+6、60m；管路長度見平、立圖中標(biāo)出的尺寸圖7-14，按管路總長度計(jì)算沿程水頭損失；局部阻力損失依序?yàn)槲艿组y、閥門、單向閥、四只90°彎頭、分配管入口、孔眼出口等。現(xiàn)分別計(jì)算以下：1凈揚(yáng)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(yáng)程為：H0=3、5+6、6+3、0=13、1m2沿程水頭壓力損失hs：假設(shè)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(jì)算，就簡(jiǎn)便了。按平、立圖計(jì)，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(jì)算水頭損失的計(jì)算公式為：按式7-40、7-41公式計(jì)算已制成鋼管、鑄鐵管水力計(jì)算表；按式7-42公式計(jì)算已制成鋼管、鑄鐵管A值表。一般設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，不按上述公式進(jìn)行計(jì)算，而是根據(jù)Q、DN、V查水力計(jì)算表得1000i換算而得。現(xiàn)Q=100m3h=27、778Ls式中ξ——局部阻力系數(shù)查表。其他符號(hào)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(jì)，V1=0、027780、785×0、12=3、54ms根據(jù)上述計(jì)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(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢等使粗糙系數(shù)n值增大及計(jì)算漏項(xiàng)等誤差，故選擇泵時(shí)考慮安全富余水頭為4m，則水泵所需要的揚(yáng)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(jí)單吸懸臂式離心泵，其主要參數(shù)為：在高效段范圍內(nèi)，Q=58～112m3h，H=27～22m，當(dāng)Q=100m3h，H=23m。電機(jī)功率：N=11kW，型號(hào)：Y160M1-2η=77%，轉(zhuǎn)速n=2900rmin。5風(fēng)機(jī)電機(jī)功率計(jì)算：采用水輪機(jī)推動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，則可節(jié)省2、2kW。計(jì)算得N=2、2kW，則選用電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)N2、5kW。