冷却塔技术资料

冷却塔是一种广泛应用的热力设备，其作用是通过热、质交换将高温冷却水的热量散入大气，从而降低冷却水的温度。

1．冷却塔的分类

冷却塔按不同的分类方式分成不同的类型：

（1）按空气与水接触的方式，可分成湿式冷却塔和干式冷却塔，以及二者结合的干湿式冷却塔。

在湿式冷却塔中，空气和水直接接触进行热、质交换，其热、质交换效率高，冷却水的极限温度为空气湿球温度，缺点在于冷却水存在蒸发损失和飘散损失，并且水蒸发后盐度增加，需要补水；干式冷却塔中，水或蒸气与空气间接接触进行热交换，不发生质交换，它主要用于缺水地区及特殊场合，热交换效率一般比较低，并且投资大，耗能高。

（2）按通风方式，分为自然通风冷却塔和机械通风冷却塔。

自然通风冷却塔又称风筒式或双曲线型塔，它利用塔内外的空气密度差造成的通风抽力使空气流通(自然通风)，其冷却效果稳定，运行费用低，故障少，易维护，风筒高飘滴和雾气对环境影响小，缺点在于空气内外密度差小，通风抽力小，不易用在高温高湿地区；机械通风冷却塔又分为抽风式和鼓风式冷却塔，分别利用抽风机或鼓风机强制空气流动，它的冷却效率高，稳定，占地面积小，基建投资少，但运行费用高，其中抽风式使塔内呈负正压状态，有利于水蒸发，鼓风式情况则相反，鼓风式冷却塔主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。

（3）按水和空气的流动方向分，可分为逆流式冷却塔和横流式冷却塔两种。

其中，逆流式冷却塔里水自上而下，空气自下而上，横流式冷却塔中水自上而下，空气从水平方向流入。

2．冷却塔的组成

1．基本概念

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。冷却塔主要靠前两种散热，辐射散热量很小，可忽略不计。春、夏、秋3季中，水与空气的温差较小，以蒸发散热为主，传导散热为辅。在炎热的夏季，则主要靠蒸发散热。

两种不同温度的物质接触，热量从温度高的一方传向温度低的一方，称为传导散热。冷却塔中，当低温度空气通过高温度水面时，水面会通过接触散热，把热量传给空气。

蒸发散热通过物质交换完成，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量由水温决定。在水表面附近，一部分动能大的水分子，克服邻近水分子的吸引力，逃出水面而成为水蒸气。由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小，因此水温降低，这就是蒸发散热。

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。空气的温度，以符号θ表示。因为测定空气温度时，常用玻璃棒水银温度计，其感热部分直接露在外部，测得的温度称空气干球温度。湿球温度是在温度计水银球上包一层湿纱布，空气与水银球不直接接触测得的温度。

2．水的冷却过程

在冷却塔中水的冷却过程由水温、空气的干球温度、湿球温度决定。单位面积，单位时间的传导散热量为，蒸发散热量为。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，,水温降低，水量产生蒸发损失。 

(2),水温和气温相等。传导散热停止，蒸发散热照常进行，,水温降低，水量产生蒸发损失。

(3)。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，，水温降低。

(4)。同(3)的传热情况，但,所以，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>水温又会升高，所以是水冷却的极限。

上述情况可用右图举例表示。图中横坐标为水温，纵坐标为单位冷却面积上的散热量。空气参数：干球温度26.6℃；湿球温度为15.7℃，大气压力；相对湿度0.27,散热系数。由图可见，随着水温的升高，总散热量也在增大，且蒸发散热量大于传导散热量。由于散热而使水温降低，当水温降到空气的干球温度26.6℃时，传导散热变为零，只剩下蒸发散热。当水温再降低，传导散热变为负值，即由空气向水传热，总散热量越来越小。当水温降到湿球温度15.7℃时，水的蒸发散热量等于空气向水中所输入的传导传热量，总散热量变为零，水温不再下降。当水温接近湿球温度时，焓差将很小，散热很慢，塔体积必须非常大。从经济出发，冷却后的水温，总要比空气的湿球温度高几度，即。()称冷却幅高，在设计中冷却幅高取3～5℃。

第三节 冷却塔的选用

选择冷却塔的主要因素是当地的气象参数、冷却水量、水温、水质、噪声、水雾、热量及对周围环境的影响和技术经济指标等。本节主要讲述玻璃钢冷却塔的选用。

1．关于逆流塔和横流塔的选择

逆流冷却塔和横流冷却塔的比较

2．关于设计工况

低温（标准）型塔：

进水温度：37℃，出水温度：32℃，冷幅：4-5℃。

中温型塔：

进水温度：43℃，出水温度：33℃，冷幅：5-6℃。

高温型塔：

进水温度：55℃，出水温度：35℃，冷幅：7-8℃。

中温、高温型塔称为非标准型塔或工业型冷却塔。

CDW系列冷却塔标准配置适用低中温型塔。对于高温型塔（进水温度55-80℃）属于非标准型配置，需要特殊定制耐温填料、FRP。

3．关于循环水水质

选用冷却塔时，循环水水质指标应符合循环水、补充水的水质标准。对于生产工艺用循环冷却水，如果其某些水质指标与下表有较大差异，选用、制作冷却塔时应对相应的部件进行特殊定制。

循环水、补充水的水质标准

4．关于噪声

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（图3-1）：

(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—一当量直径(m)；

——分别为塔体的长和宽(m)；

在市区居民居住区建筑物应选用低噪声或超低噪声冷却塔。城市环境噪声标准见附录1。

5．关于框架防腐

采用热浸锌处理。热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm。从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中。热浸锌的首道工序是酸洗除锈，清除铁件表面的一切油污、铁锈、氧化皮，然后是清洗，用以清洗残留在铁件表面的酸，接下来干燥，浸锌。

6．关于电机保护等级

电机外壳防护等级：

表示防护等级的代号由表征字母“IP”及附加在后的两个表征数字组成。第一位数字表示第一种防护的各个等级，第二位数字则表示第二种防护的各个等级。冷却塔常用等级数字的含义见下表。

绝缘等级：

电工产品绝缘的使用期受到多种因素(如温度、电和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等)的影响，而温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素。因此已有一种实用的、被世界公认的耐热性分级方法，也就是将电气绝缘的耐热性划分为若干耐热等级，各耐热等级及所对应的温度值如下：

        耐热等级      温度， ℃             耐热等级      温度， ℃

           Y              90                 F             155

           A             105                 H             180

           E             120                200            200

           B             130                220            220

7．关于补水量

冷却塔的水损失的多少主要由蒸发量、飘水率、排污量来决定。

蒸发量：是冷却水与空气进行散热所必须的蒸发部分。一般为循环水量的0.83%。

飘水率：冷却水流经配水系统和填料时会产生许多细小的水滴，其中一些水滴会随空气被风扇排出冷却塔，这一部分称为飘水。单位时间内，从风筒飘出去的水量与进入冷却塔的循环水之比称飘水率。一般为循环水量的0.01%。

排污量：循环水因蒸发而浓缩,浓缩的循环水能使循环水的配管和接触循环水的金属部分被腐蚀,成为产生水藻和污垢的原因。为了防止发生此类问题,需要排放掉已经浓缩的循环水的一部分,这就称为排污。一般为循环水量的0.4%。

补水量一般建议为循环水量的1.5%。补水通常由浮球阀自动进行。

8．关于冷却塔与主机的匹配：

通常冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机之间采用联锁控制，从便于整个系统调节考虑，冷却塔的配置可以是一台冷水机组对应一台冷却塔，也可以是同时投入运行和同时撤出运行的几台冷水机组共用一台冷却塔。针对不同的项目要综合考虑整个系统的协调运转、运行经济性等多方面因素来选择冷却塔与主机的匹配。

第四节 冷却塔的设置

冷却塔平面布置原则：

1．请依据建筑法规的规定，考虑噪音，选定安装场所。

2．选择通风良好的场所，避免冷却塔排出的湿热空气产生回流。

3．远离尘埃、酸性气体、高湿排气、水蒸气的地方，不再接受从其它热源来的辐射热的地方。

4．不会产生回音的场所。

5．没有空调用室外进气口的地方。

6．冷却塔周围设置墙壁等时，墙壁高度要低于冷却塔的整体高度，墙壁比冷却塔高时，易发生空气短路。冷却塔之间及与周围障碍物的距离请遵循如下：

7．冷却塔排风口与周围障碍物间的净距离应为5m以上。

8．为减少湿热空气回流对冷却效果的影响，应尽量避免冷却塔多排布置，尽量避免使冷却塔夹在高大建筑物中间的狭长地带。

9．从通风条件和冷却效果考虑，冷却塔应尽量布置在高处，但高处往往风负荷较大，应验证冷却塔的结构强度，同时考虑水泵耗电。