冷却塔的设计

23.5冷却塔的设计与计算
水 的 冷 却
（2）空气动力计算
进行冷却塔内空气动力计算的目的是为了选择 适当的风机或验算选定的风机是否符合要求，或确 定自然通风冷却塔的高度。
空气动力计算包括： （1）根据所需风量计算全塔通风阻力，有经验 公式法和同类型塔实测数据； （2）通风抽力计算，对机力塔是确定风机型号 及叶片安装角度，对自然塔则为确定风筒高度
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23.5.1 设计任务、范围与技术指标
（1）工艺设计任务
冷却塔的工艺设计，主要是热力计算。包 括两类问题：
第一类问题：在规定的冷却任务下，即已知冷却 量Q，冷却前、后水温t1、t2和当地气象参数（τ，θ， φ，Ρ），选定淋水填料。通过热力、空气动力和水力 计算，决定冷却塔尺寸，选定段数（个数），风机， 配水系统和循环水泵等。
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4）流量损失 流量损失是指循环水从进入冷却塔到排 出冷却塔的过程中因蒸发，风吹、渗漏和排 污造成的水量损失。 冷却塔的蒸发损失水量占进入冷却塔循 环水量的百分数按下式计算
式中 Pe——蒸发损失率，%； △t——冷却塔进水与出水温差，℃；
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2）槽式配水系统
计算方法与明渠相同。主槽流速0.8～ 1.2m/s，工作槽流速0.5～0.8m/s；槽内正 常水位大于150mm，工作槽净宽不小于 120mm，高度不大于350mm。 管嘴直径不小于15mm，管嘴间距在小 塔0.5～0.7m，大塔0.8～1.0m。
如果塔形已定，可根据H=Z0确立塔内风速：
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进塔风量公式为：
式中 D——填料1/2高度处直径，m
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如已知风速（vm一般0.6~1.2m/s）,即可求冷却 塔高度He。 风筒式冷却塔的总阻力系数ξ常按下式计算：
式中 H0——进风口高度，m D0——进风口直径，m Fm——淋水填料面积，m2 FT——风筒出口面积，m2 ξp——淋水填料的阻力系数，有实验确定。
式中 Hi——各部位的气流阻力损失，Pa； ξi——各部位的局部阻力系数； ρm——塔内湿空气平均密度，kg/m3.
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（c）通风机选择 根据空气体积流量和总阻力值，选择风机型号，并 从风机特性曲线上选定风机叶片的安装角度。风机配 备的电机功率按下式计算
式中 Gp——将空气重量流量换算成的风量；m³ /s； H——实际工作气压，Pa； η1——风机机械效率； η2——风机效率，由风机特性曲线上查出； B——电机安全系数，B=1.15～1.20.
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1)机械通风冷却塔
（a）风速：拟定风速，应先知风量。当确定风机型 号后，可在风机特性曲线高效区查得风量G；未确定 风机型号时，可从工作点求得气水比λD，从而求得风 量G。 根据已知风量G（kg/h），按下式计算风速
式中 vi——空气通过冷却塔各部位时的流速，m/s； Fi——空气通过冷却塔各部位时的横截面积，m² ； ρm——冷却塔内湿空气的平均密度，kg/m³ 。
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（b）空气阻力 空气阻力包括塔体阻力和淋水填料阻力两部分。塔 体阻力包括由冷空气进口至热空气出口所经过的各个部 位的局部阻力，其相应的阻力系数常采用试验数值或利 用经验公式计算（见例题）。不同型式淋水填料的阻力 △P/ρg，可由△P/ρg与v关系曲线查得（见图23-35）。 塔体阻力为
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如果已经选定某一定型塔，则按照选定的冷却 塔与当地气象参数，确定冷却曲线与特性曲线的交 点（工作点），从而求得所需要的气水比（λD）。 最后确定所需冷却塔的总面积，段数，校核或选定 风机。
第二类问题：已知标准塔的各项条件（如平面 尺寸、竖向尺寸、淋水填料形式、尺寸规格、风筒 高或风机型号等），在当地气象参数下（τ，θ，φ， Ρ），按照给定的气水比λ和水量Q，选定冷却塔总 段数，再验算冷却塔的出水温度t2是否符合要求。
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（2）设计范围
冷却塔的工艺设计主要包括3部分：
1）冷却塔类型的选择，包括塔形、淋水填料、其他 装置和设备的选择。 2）工艺计算：包括热力、空气动力和水力计算。 3）冷却塔的平面、高程、管道布置和循环水泵站设 计。
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度τ之差。 △t ’=t2- τ。 τ值是水冷却所能达到的最低水温，△t ’ 越小，即t2越接近τ值，冷却效果越佳。
5）冷却塔效率——冷却塔的完善程度，通常用效率系
数（ η）来衡量。
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抽力：
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阻力： 式中 ρ1、ρ2 ——分别为塔外和填料上 部的空气密度，kg/m3 ρm——淋水塔中的平均空气密 度,kg/m3 vm——淋水填料中的平均风速,m/s He——冷却塔通风筒有效高度， m,等于从淋水填料中部到塔顶的高 度。
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23.5.3 设计步骤和方法
首先根据设计地区气象资料，工艺要求，算的具有一定保证率下 的τ，θ，φ，Ρ。其次，根据设计任务选定冷却塔塔型和淋水材料选择 时可参考表：
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（1）热力计算
热力计算的目的是在规定的冷却任务下，确定 冷却塔所需总面积，即已知Q，t1，t2，P，τ和φ， 求F（第一类问题）；或计算所设计的冷却塔在不 同情况下，冷却后的实际水温，亦即已知Q，λ，P， τ, φ，f(单塔面积)和t1求t2（第二类问题）。
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2）风筒式自然通风冷却塔 风筒式冷却塔进塔空气量是有空气的密度 差而产生的抽力决定。进塔的空气密度比较大， 而在塔内由于吸收了热量而密度变小，空气变 轻，产生向上运动的力，使空气不断进入塔内。 任何情况下，进入塔内的空气流动中所产生的 阻力，在工作点由于密度差产生的抽力必须相 等，才能使进塔流量保持不变。从而决定工作 点的实际空气流速和塔筒的高度。抽力与阻力 的计算式如下：
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（3）水力计算
水力计算的目的主要是确定配水管渠尺寸，配水 喷嘴个数、布置，计算全程阻力，并为选择循水供水 水泵提供数据。
1）管式配水系统
固定管为压力配水，配水管中流速1～1.5m/s， 系统总阻力损失不超过4.9kPa,喷嘴前水压为69kPa 左右。 喷嘴之间距离通常为0.85～1.10m。 旋转管式配水系统的计算可参阅有关手册。
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3）冷幅宽（冷却温差）——冷却前后的水温差，
△t=t1-t2。△t表示温降的绝对值大小，但不能表示冷却效果与 外界气象条件的关系。△t很大，散热很多，并不能说明冷却 后水温就很低，故应结合下列指标一起考虑。
4）冷幅高（ △t ’）——冷却后水温t2与当地湿球温
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K——系数，1/℃。由表23-9查得。
风吹损失率见表23-10.
排污损失水量应根据对循环水水质的要求计算确定， 见第24章有关计算。