冷却塔管道安装

水轮机在新冷却塔中使用

水轮机代替电动机驱动风机存在前述的4个方面优特点，因此不仅用于老塔的改造中，也必然会与新冷却塔配套使用，那么提升水泵扬程压力如何确定，是否像老塔那样从省去了风机电动机来说而达到100%节能，对这些问题应进行分析和研究。1、提升水泵的扬程在设计中，从热水池把水提升到冷却塔配水系统所需要的扬程，是按计算所得理论值再加4～6m的富余水头确定的。常用的富余水头为4m左右。按表8-4的计算，此水头做功是达不到水轮机所需要的轴功率的，则转速、风量、冷却都无法达到设计的要求。因此提升水泵的扬程必须满足水轮机所需要的水头H值，那么水泵的扬程如何确定，可分以下两种情况讨论：1不考虑设计需要的富余水头不考虑设计需要的富余水头就是不另增加4～6m的水压，对水轮机来说，这4～6m的水头也用来推动水轮机做功了，则水泵需要的扬程用公式表示为：H扬=h净+Σh1+Σhf+h机m8-23式中H扬———水泵扬程m；h净———水泵吸水池最低水位到冷却塔配水系统高度m；Σh1———从水泵吸水管到塔配水系统管道中的沿程水头损失总和m；Σhf———从水泵吸水管到塔配水系统的喇叭口、阀门、弯头等局部水头损失之和m；h机———水轮机轴功率所需要的水头Hm。设计考虑的4～6m富余水头是因考虑可能产生的计算误差和今后管道粗糙度增加与沉淀物结垢，水头损失增加而设的安全系数。现选泵扬程中未考虑该因素注：改造塔中原有多余水头全部利用了，也未考虑该因素。从能量消耗来说，虽是节能了，但从运行、长期保持设计风量和水冷却效果来说，欠较安全。2考虑设计需要的富余水头考虑设计的富余水头是指水泵扬程达到水轮机轴功率所需要的水头之后，还需增加4～6m扬程。用公式表示为：H扬=h净+Σh1+Σhf+h机+4～6m8-24水泵扬程比式8-23多了4～6m，考虑了可能产生的计算误差和今后的阻力增加，故是偏安全的。以上两种选泵扬程方式中采用哪种方式为妥，要视具体情况而定。例如，在设计计算相对较精确，基本不大会产生多大误差的情况下，如果水泵提升系统的管道和配件采用的是塑料管和配件PVC、UPVC、PE、ABS等、钢塑、铝塑等复合管、玻璃钢管等，这可考虑采用第一种选择水泵扬程的方式。原因是上述水管内壁非常光滑，光洁度好，阻力很小，而且耐酸碱腐蚀、不易粗糙，也不易沉淀结垢而缩小过水断面，故基本上可不考虑富余水头或略考虑些即可。但如果管道系统采用的是铸铁管、钢管，甚至钢筋混凝管等，则要考虑今后阻力增大而消耗的水头损失，选择第二种水泵扬程的方式为妥。2、节能情况分析假定设计的富余水头定为5m，按第一种选择水泵扬程的方法，这5m水头也用来推动水轮机做功了，则按表8-3、8-4中电动机功率和风机所需的轴功率及需要的水头来计算和分析节能的情况，见表8-5。表中的节能是建立在已利用5m富余水头的基础上，需增加水头一项中的值是达到水轮机轴功率值做功需要水头减去5m得来的，这个增加水头能做多少功立在增加水头做的功一项中，然后把原风机配用的电动机功率减去增加水头做的功，得到减少的功率，也就是节省的功率电能，再除以电动机功率得节能的百分比值。由表8-5可见：1Δt=5℃的低温型新塔，在利用5m富余水头对塔来讲即没有考虑富余水头的情况下，除4000m3h塔节能43、6%之外，节能均在50%以上，高的达到近80%。2节能的基本规律为：中小型塔节能多，大塔节能少。表中可见，≤200m3h的塔，节能70%；300～400m3h的塔，节能在60%，70%；≥500m3h的除1000m3h节能在50%左右。可见，Q从小→大，节能从大→小。没有考虑富余水头，对塔的长期运行来说，缺乏安全感，时间长了，阻力会增大，摩阻损失增加，做功的水头会减少，则会影响水轮机转速、风量、水量和冷却效果，故应适当地考虑富余水头。现假定水泵的富余水头仍为5m，而这5m水头不考虑用于水轮机做功，那么节能的情况可参见表8-6。表中、实际水头可做功的功率、一项中，小于150m3h的水轮机效率按η=0、85计，大于150m3h的水轮机效率η=0、80计。节能百分比是按原配电动机功率减去实际水头可做功的功率，再除以原配电动机功率而得。从表8-6可见：1表中节能一项中有正值和负值即正值为节能，负值不但不节能，反而增加能耗，表中最大的节能值仅为16、4%，而反而增加能耗的高达19、82%。存在既节能又耗能两种情况。2从表8-6可见：水量≤400m3h的塔，在不利用5m富余的情况下，还是节能的，但节能是有限的，一般不超过20%；而水量400m3h的塔，在不利用5m富余水头的情况下，基本趋势是反而增加能耗，高的近20%。3无论新塔还是老塔改造，只有充分利用提升水泵多余的5m左右富余水头，才能达到节能省电的目的，才有意义。否则，考虑要慎重，要通过计算根据是否节能作决定。对于中温塔Δt=10℃，除部分适合于老塔改造之外，其水泵的富余水头要远大于5m，对新塔如不利用富余水头来说，反而会增加能耗而不经济，这里不再论述。

冷却塔内气流能量及阻力

在冷却塔的工作条件下，风机的通风量决定于冷却塔的全部空气动力阻力，而这一阻力等于风机的全风压力。风机的工作点使以风机的特性曲线与冷却塔的空气动力阻力性能曲线的交点来表示。1、能量方程气体在冷却塔内的流动如同管道内流动相似，其连续性方程式是质量守恒原理在流体运动中的表现形式。气体在进行稳定流动时，从某段一端流入的质量等于另一端流出的质量，如图9-4所示，即单位时间内流过每一截面的流体质量为一常数，用式表示为：式中γ1、v1、F1——表示断面121处气体的密度kg·s2m4、面积m2和流速ms；γ2、v2、F2——表示断面222处气体的密度、面积和流速。此式称为连续性方程式。对于空气来说，虽然压缩性很大，但在冷却塔中流动时，通风阻力较小，一般为10～30mmH2O，前后压力变化很小，这些变化可认为忽略不计，故可当作不可压缩来看待，即ρ1=ρ2，则式9-12可变成为v1F1=v2F2=常数。按图9-4，气体在塔内流动的能量方程主要描述气体流动时的压能、动能及位能三者相互变化的规律，这个规律表明理想气体在塔内作无扰动现象流动时，任何一个截面的压能、动能、位能三者之和是一个常数，即伯努利方程：式中P1、P2——截面1-1、2-2上的压力kgm2；γ——气体的密度kgm3；v1、v2——截面1-1、2-2上的流速ms；g——重力加速度，9、81ms2；Z1、Z2——截面1-1、2-2距基准面020的高度m。实际气体在塔内流动时，是有压力损耗的，使总能逐渐减小，如采用ΣH表示阻力损耗的能量，则空气在塔内流动时的实际能量方程为：等式两边乘γ，可写成：式中P、Z·γ、v22g）·γ分别被称为静压、位压位能、速压动能，而ΣH·γ=ΣΔP表示压力损失总和。静压是冷却塔内气体垂直作用在物体上的压力，可正可负；位压亦叫位能，由重力作用而引起，距地面越高位能越大；速压亦称动能又称速度头，由速度引起，随速度大小而变化，它的方向与速度方向一致，永远是正值。静压和动压在一定条件下会互相转化，并且可用来克服塔内的阻力。以圆形逆流式机械通风冷却塔来说，中塔体和风筒不是扩散风筒的截面是不变的，收缩段的截面是变化的。如果气流均匀分布，则气体在截面不变段流动时，如果流速不变则动压不变，所以阻力只能用压能静压的消耗来克服；气体在截面变化段流动时，如果要保持静压不变，就必须利用动压的变化来补偿阻力损失。能量的转化可用下式计算：可见，由于流速降低而增加的静压力等于阻力损失，即静压增加值全部消耗在克服阻力上。2、冷却塔的压力损失1动压力损失在塔内流动的空气，因具有速度故要消耗部分动能，即动压力，其值计算为：式中v——空气的流速ms，一般来说，冷却塔的风量是不变的，但风经过的断面是变化的，故风速也是变化的，其变化的范围为20msv1ms。γ——空气的密度kgm3，根据等参数查有关图表。2局部阻力局部阻力可分为两类：一是流量不变时产生的局部阻力；二是流量改变时产生的局部阻力，冷却塔属前种。但局部阻力都可按下式计算：式中ΔPz——各部件的局部阻力kgm2或mmH2O。ξ——局部阻力系数，表示部分动压消耗在克服部件阻力上。一般用实验方法确定。3总局部阻力冷却塔通风阻力包括沿程摩阻、局部阻力和动压损失等3个部分。总的局部阻力如《冷却塔的设计与计算》那章所述，由进风口、导流设施、淋水装置、配水系统、收水器、风筒、气流的收缩、扩大、转弯等组成。总局部阻力表达式为：式中ξi——局部阻力系数；vi——相应部位的空气流速ms；γi——相应部位的空气密度kgm3；g——重力加速度9、81ms2。