冷却塔混流式

水面冷却构筑物分类及其组织

冷却构筑物分类在循环冷却水系统中，降低水温的设备或构筑物称为冷却设备或冷却构筑物，也可称为循环水冷却设施。按水冷却方法，分为自然冷却法和机械冷却法；按循环水是否与空气直接接触，可分为密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统，简要分述以下：1、密闭式循环水冷却系统密闭式循环冷却水系统中，水密闭循环，并交替冷却和加热，不与空气直接接触。其主要设备为密闭式冷却塔，基本原理是依靠向被冷却的水管喷洒水滴，由被冷却水管表面水膜的蒸发而把热水传至管壁的热量带走，流动空气与管壁的接触也起到了对流散热作用，从而使管内的热水得到冷却。密闭式循环系统的特点是介质洁净、冷效高、噪声低。适用于要求介质洁净的电子、食品、医药和空气污染严重的冶金如安徽马鞍山钢铁厂家、纺织和矿山等单位。因密闭式循环冷却水系统相对来说，用的较少，故这里不作进一步介绍。2、敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统，根据需要降温的热水与空气接触的控制方法的不同，可分为水面冷却构筑物水库、湖泊、海湾、河道、人工冷却池，喷水冷却池和冷却塔自然通风冷却塔和机械通风冷却塔等。这里对水面冷却构筑物的冷却池含喷水冷却池、河道冷却、海湾冷却作概要介绍，重点论述冷却塔。敞开式冷却设施见图2-1。3、影响水面冷却的因素水面冷却是利用与空气接触的水体表面，通过蒸发散热、对流传热和辐射传热来降低水温。但主要是蒸发散热，其次是对流传热，辐射散热很小，有时忽略不计。水面冷却构筑物包括热水排放口、取水口和冷却水面。设计水面冷却构筑物时，应考虑热水排入对环境的影响和冷却水体的综合利用。属于第一类和第二类海水水质的海域不应用于水面冷却；江、河、湖泊、水库等地面水水体的环境水温变化，应符合国家标准《地面水环境质量标准》GB3838的规定。影响水面冷却的因素为：1水域范围内的地貌、水文、水面面积、水源、几何形状、生态。2气温、相对湿度、水面综合散热系数、风向、风速、自然水温等。3热水排水口与取水口工程平面布置、形式、尺寸及设计深度。4排入水域的热负荷。5外水注入、排放的水量与温度。喷水冷却池喷水冷却池虽然划分在水滴水膜冷却中，但实际上是水滴冷却与水面冷却相结合，而且往往是水面冷却降温比水滴冷却降温大。从热水管喷嘴喷出的水滴，虽然喷水冷却池剖面示意增加了水与空气接触的表面积，有利于水的冷却，但水与空气接触的时间非常短，几秒钟就落入水池中。水在池中停留时间相当长，几小时至一天以上，在水池中进行蒸发散热和传导散热。因此把喷水冷却池划入水面冷却中，同时也有利专门论述冷却塔，当然喷水冷却池与单一的冷却池相比较，大幅度地提高了水的冷却效果。如图2-2所示喷水池是在人工或天然水体池、塘、河床上装设喷嘴的管，热水通过喷嘴在空气中散成水滴。水与空气接触冷却与池水面蒸发散热和传导散热冷却相结合的构筑物图2-3所示。当循环水量相对较小，工艺对冷却水温的稳定性要求不甚严格，且可提供开阔场地并环境允许时，可采用喷水冷却池。但风砂较大地区，不宜采用喷水冷却池。当采用天然水池作为喷水冷却池时，要保证水体的水温符合水环境质量要求，防止热污染危害。喷嘴喷水冷却池的配水支管上安装的喷嘴，应满足：不易堵塞，喷嘴前水压要求低，制造简单，喷出水滴细，喷射角大。喷水冷却池一般采用渐伸线型和C-6型喷嘴。喷嘴的规格见表2-1。渐伸线型喷嘴特点：不易堵塞，压力要求不高；但流量系数小，水滴较大。C-6型喷嘴特点：不易堵塞，出水量大，布置简单；但加工要求较准确。喷嘴布置有放射式和单个式两种，见图2-4，喷嘴布置距离见表2-2。喷嘴一般安装在距冷却水池正常水位以上1、2～1、5m见图2-2，池水深一般为1、5～2、0m。喷嘴安装见图2-5。渐伸线型喷嘴前水压为5～7m，C-6型喷嘴前水压不应小于6m。为避免堵塞，喷嘴出口直径不宜小于20mm。配水管道和水池对配水管和水池设计与布置的基本要求与原则为：1、配水管道应布置在水面以上，沿水流方向有0、001～0、002的坡度。2、配水管上应设闸阀，闸阀以暗杆式为宜，配水管末端应设管道冲洗和放空的堵头。3、配水总管两个固定支座之间应安装伸缩节。4、配水管变径处应采用偏心异径管接头，以利管道放空。5、每3～5排配水管之间应留宽为1、3～1、5倍配水管间距的空气通道。6、喷水冷却池应选择在通风良好的地段，水池宜建成矩形，池宽不宜大于60m，最外侧喷嘴距池边不宜小于7m。在风速大的地方，可采用10～12m或更大。喷水池的长边应与夏季主导风向垂直。7、水池一般应不少于两格，当允许间歇使用时亦可用单格。8、水池通常为地下式或半地下式，水池池顶应高出地面0、3m。9、池底、池壁通常采用混凝土做护面，隔一定间距设伸缩缝，缝隙要防渗漏。10、水池设计水深宜为1、5～2、0m。当喷水池兼做其他用途时，水深可适当增加。喷水池的池壁应有不小于0、25m的超高。11、水池应有排污、放空与溢流装置。池底有0、003～0、005的坡度，坡向放空管。12、水池周围应设回水台，其坡度根据风向、风速和喷嘴前水头等因素确定。一般不宜小于3m。回水台坡向水池，坡度为2%～5%。回水台外围应有防止周围地面水流入水池的截水沟。13、喷水冷却池出水口处要有拦污设施。14、寒冷地区的喷水冷却池应采取以下防冻措施：1进水干管上设旁流水管，旁流水管的排水点应于水池出水口的对面一侧。2干管及配水管上的闸阀应安装防冻放水管或采用其他保温措施。喷水密度和热力、水力计算1、喷水密度1喷水密度：式中Q——喷水冷却池总冷却水量m3h；Fs——喷水冷却池池壁内的总面积m2。2有效喷水密度：式中q′——一个喷嘴的出水量m3h；a——喷嘴组间的间距m；b——配水管间的间距m；n——每个喷嘴组中喷嘴个数。3喷水密度选择根据当地的气象条件气温、湿度、风速等和工艺要求确定，一般可采用下值：我国南方地区0、7～0、9m3m2·h；中部地区0、9～1、0m3m2·h；北部地区1、0～1、2m3m2·h。上述数据供初选时参考，最终的确定还应根据喷嘴压力、喷嘴形式、气象条件及热力负荷、技术经济比较确定。2、热力计算采用冷却曲线图见图2-6计算冷却水温。冷却水温修正值采用+0、7℃。3、水力计算1配水总管内的流速一般不大于1、8ms，配水支管内的速度一般不大于1ms。2两个相距最远的喷嘴压力差不大于0、3m。3每个喷嘴的出水量按下式计算：式中A——流量系数；H——喷嘴前水压m，渐伸线型喷嘴为5～7m，C-6型喷嘴不应小于6m。喷嘴流量系数及出水量见表2-3。4、设计计算步骤1选择喷嘴形式，确定喷嘴前压力。2根据确定的水压求喷嘴的单个出水量及喷嘴总数。3根据常用数据和有效喷水密度，确定喷水池有效面积及平面尺寸。为合理选择喷嘴前的压力和喷嘴密度，须选择几个不同的水压和喷水密度进行技术经济比较。4热力计算和水力计算。5确定喷水冷却池宽度和长度。例已知：冷却水量120m3h进水温度t1=40℃要求冷却水温差Δt=8℃喷嘴水压H=6m空气干球温度θ=2615℃相对湿度=60%自然风速W=215ms求冷却后的水温t2及喷水冷却池面积。解1、有效喷水密度采用渐伸线型喷嘴，接管直径40mm，喷嘴出口直径27mm，当H=6m时，查表2-3得q′=8182m3h。喷嘴总数n=Qq′=1208182=1316取n=14个当a=8m，b=16m时，有效喷水密度为2、热力计算选喷水密度q=1m3m2·h，H=6m冷却水温修正值采用+0、7℃，故t2=31+0、7=31、7℃，能满足t2=40-8=32℃的要求。3、喷水冷却池面积池壁内边缘

配水系统

冷却塔固定式配水系统1、管式配水系统管式配水系统由环状或树支状配水管上装喷嘴组成，它需要较高的水压喷嘴前水压一般为3～7m，当水量发生变化时会影响布水均匀性。与槽式配水相比，配水均匀、气流阻力小、施工安装容易且质量保证，但对水质要求较高，以防止喷嘴堵塞。1形式1树枝状：一般用于小型塔或两格冷却塔共用一根干管，如图3-20所示。2环状：一般冷却塔面积较大时采用，布水均匀性较好。如图3-21所示。2管式配水系统应符合下列要求1配水干管起始断面设计流速宜采用1、0～1、5ms。2大、中型冷却塔在布置配水管时，应利用支管使配水干管连通成环网。3配水干管的末端必要时设排污管。2、槽式配水系统槽式配水系统在大型冷却塔及水质相对较差时采用较普遍。槽式配水系统维护管理方便，供水压力低，可减少动力消耗。槽式配水系统通常由主配水槽、配水槽、管嘴和溅水碟组成。热水经主配水槽流入配水支槽，从喷嘴落下，冲击在溅水碟上。水流以重力加速度冲击溅水碟，将水流粉碎为均匀的小水滴洒在淋水填料上，水在溅水碟上的溅散半径随着溅水碟与溢水管嘴之垂直距离即落水高度的增大而增大。此距离一般为0、5～0、8m。喷嘴在平面上布置成方格或梅花形，水平距为0、5～1、0m。1形式：配水槽分树枝状布置和环状布置两种，如图3-22、图3-23所示。1树枝状：规模较小的中小型塔采用。2环状：配水较树枝状均匀，适用于大型冷却塔。2材质：配水槽可采用木质、钢筋混凝土、玻璃钢等制作，视具体情况而定。如要求防酸碱腐蚀的则采用玻璃钢，通常采用木质较多。3槽式配水系统应符合下列要求：1配水槽尺寸根据水量和槽中流速确定，槽内水流速度不宜太大，避免槽内水位差太大而影响配水均匀。主水槽的起始断面设计流速宜采用0、8～1、2ms，配水槽的起始断面流速宜采用0、5～0、8ms。运行中水槽的水位差不宜大于50mm。2配水槽高度不宜大于350～450mm，超高不宜小于0、1m，宽度不宜小于120mm。但也不宜过宽，以免增加通风阻力。当水量很大时，为使水槽布置不致过密，水槽高度可增至600～800mm。3配水槽内正常水深应大于溅水喷嘴内径的6倍，且应不小于150mm。主水槽、配水槽底均宜水平设置，水槽连接处应圆滑，水流转角不宜大于90°。槽式配水通风阻力较大，槽内易沉积污物，施工复杂。故也有用槽式与管式相结合的配水方式，热水经主水槽到配水槽进入配水支管，或采用配水竖井和配水槽的形式。3、池式盘式配水系统池式配水系统由配水管、流量控制阀、消能箱、配水底板及水池组成，如图3-24、图3-25所示。配水底板有两种形式，一种是开孔，孔径为5～9mm，在配水系统下面设置流量分配板；一种是在配水底板装设低压喷嘴，通过喷嘴将水溅散或小水滴落向填料。流量控制阀起到调节流量的作用，使各配水池维持相同水深10～20cm，这种配水系统只适用于中型以上横流式冷却塔中。其优点是所需供水压力比一般的喷嘴低，有利于空气横向流动。缺点是池式配水易受大气污染，如灰尘、藻类繁殖等。为使各配水孔或管嘴出水均衡，需维持配水池中水位稳定。要求配水池水平入口光滑，积水深度不得小于50mm。1池式配水系统的特点：供水压头低，布水系统简单，清理方便，在大型横流式冷却塔中为了改善池式配水的喷溅效果，则在配水池底部可安装配水管嘴。2池式配水系统应符合下列要求：1配水池内的水深在设计水量时应大于溅水喷嘴内径或配水底孔直径的6倍，池壁超高不宜小于0、1m，池底宜水平设置。2池顶宜设盖板，以免水池在光照下孳生微生物或藻类，也可防止灰尘、杂物进入。4、喷溅装置1选用的喷嘴应具有以下性能：1喷水角度大。2水滴较细。3布水均匀，无中空现象。4供水压力低，流量系数大。5不易堵塞。6坚固耐用，价格便宜。2喷嘴的类型：喷嘴基本上可以分成两类：一类是靠冲击力将成股的水扯成水滴；另一类是旋转型，靠离心力将水流扯开，洒向四周。前者要求的水压较低，多用于槽式或池式配水；后者要求的水压较高，多用于管式配水。常用的喷嘴有：管—碟式、单多层溅水式、反射式、离心式等。1管—碟式喷嘴：这种喷嘴由喷管和溅水碟两部分组成，如图3-26所示。溅水碟安装在喷管出口下方0、5～0、6m，与喷管对中，固定在填料上。我国早期的冷却塔，大都采用这种喷嘴。其缺点是会产生中空，即溅水碟附近水很少；另一个缺点是经过一段时间运行后，溅水碟位置易变动，形成与喷管不对中，致使喷溅效果大大降低。为了改善这种情况，产生研究成管碟合一的喷嘴。2单层溅水喷嘴：单层溅水喷嘴如图3-27所示，喷溅方式与管—碟式喷溅相同，但避免管—碟式喷溅在运行过程中产生的位移，使管、碟不对中的缺点。另一种单层溅水喷嘴如图3-28所示，溅水碟是旋转的。溅水碟分成两半，用缝隔开，靠水流的冲击力旋转，并将水甩开，方向如图3-28中所示。部分水从缝隙流到盘下，所以不会形成中空，淋水分布也较均匀。3多层溅水喷嘴：如图3-29a所示，是一种三层溅水喷嘴，由塑料制成。图3-29b是另一种三层溅水喷嘴。水流由喷口喷出后，经3个不同半径的溅水盘边层的溅散，使水滴的分布比较均匀。上层到下层的水流由盘中间的圆孔流下，圆孔的大小可控制下落的水量。图3-29b的最下层盘中心处也开孔，使喷头中间部分也有水。图3-29a则在最下一层盘中心处不开孔，通过一个弓形凸体来达到溅水和防止中空目的。图3-30是花篮式喷嘴中的一种。4反射喷头：反射喷头有反射Ⅰ型适用于横流式冷却塔、反射Ⅱ型、反射Ⅲ型适用于逆流式冷却等规格，如图3-31、图3-32所示。反射Ⅲ型喷嘴是将Ⅱ型的上下盘间距加大，改变下盘造型而制成。图3-29三层喷嘴1—进水管；2—锥形管嘴；3—支架；4、7、10—溅水盘；5、8—锥形突出部；6、9、11—孔口反射型喷嘴喷溅的水滴在不同的水位高度h和不同落下高度y有不同的喷溅半径R，如图3-33所示。反射Ⅲ型由于加大上下盘间距，当配水槽内水位或配水管内水头较低时也能保持水流喷溅均匀，并有较大溅散半径。在同样喷嘴至填料高度下，反射Ⅲ型喷嘴的喷溅半径要比反射Ⅱ型约大20%～30%。反射Ⅰ型、Ⅱ型喷嘴的喷溅半径可根据图3-34中的曲线查得。反射型喷嘴常用于低水压管式配水和槽式配水系统中。5离心式喷嘴：这种喷嘴一般用在管式配水，要求水压力较大。依靠水压作用使水流成旋转状离开喷头出口，在离心力作用下向四周洒开，喷洒半径较大，水滴也较细。图3-35所示的为渐伸线式喷嘴，水从进水口进入喷嘴后，过水断面逐渐减小，水流流速加大，进入旋转室高速旋转后从出水口喷出。图3-36为杯式喷嘴，图3-37为瓶式喷嘴。图3-38为单旋流式喷嘴。这种喷嘴与上述形式的离心式喷嘴不同，出水与进水方向一致。水从进水口进入，经过导叶产生旋转水流，然后从出口喷出。图3-39为双旋流式喷嘴，在喷嘴内形成两股旋流，然后汇成一股喷出，效果更好。6上喷式喷嘴：上述各种形式喷溅装置都是将水流向下喷溅，而上喷式喷嘴将水向上喷射，经反射后再使水流洒落到填料上，这种喷嘴如图3-40所示，水流从进水口进入，通过分流器，冲在散水器上部反射下来，部分穿过散水器，经顶板反射或自由下落，洒到填料上。这种喷头可减小从喷头到填料的空间；但需要足够的水压力，只能用于管式配水。7靶式管嘴：图3-41所示为靶式管嘴。靶式管嘴由一个同管嘴连在一起的溅水碟组成，这种管嘴的喷溅半径内有中空现象。3喷嘴布置要点：1喷口向下朝淋水填料喷射上喷式喷嘴和部分开放式冷却塔有喷口向上喷射布置，喷嘴喷射投影面圆心相切布置。2喷嘴在冷却塔平面上的排列呈梅花形、方格形等，如图3-42所示，务使喷出水滴相互交叉布满平面。3喷嘴出口高出淋水填料面一般不小于0、6～0、8m。喷嘴的间距由安装高度和喷水角度计算确定，一般选用110m×110m，最大不超过1125m×1125m。喷嘴间距可按式3-6计算。式中b——喷嘴间距m；α——喷嘴喷射角°；h1——喷嘴离淋水填料高度m。4在保持喷水均匀分布满整个淋水填料平面的要求下，选用喷水量较大的喷嘴，以减少接管。5安装在边角部位的喷嘴，为避免喷溅水滴被遮挡的可能，应采用加长管降低喷嘴位置，或选用溅散高度小的喷嘴。喷嘴离筒壁距离不大于500mm。6槽式配水系统应选用低水头型喷嘴，以保证溅散效果；或采用加长管增加水头，但下面应留有一定的溅落高度。4喷嘴的技术要求：1喷嘴及其附件的外观、规格、结构：表面光洁，塑化良好，形状规整，色泽一致，不得有裂纹、孔洞、汽泡、凹陷和明显的杂质。各部件的尺寸均应符合设计规格要求，溅散元件的尺寸及角度必须准确，喷嘴出口直径的允许偏差为±013mm。各螺纹连接件之间应配合良好、松紧适度、进退自如。2喷嘴及其附件的材质：材质必须满足安装运行要求，具有良好的耐热、耐老化、耐水流冲刷等性能。喷嘴材料有铸铁、铸铝、铸铜、塑料等。采用ABS塑料及聚丙烯PP塑料制作的喷嘴，其物理力学性能应符合表3-8中的各项指标。5、各种配件形式的比较各种配件形式的比较见表3-9。各种配水形式都应采用适合于本系统的喷嘴，有些喷嘴既适合于管式配水，也适用于槽式或池水配水。设计时应了解喷嘴的水力特性和喷水密度、喷溅范围等，以便正确选用。冷却塔旋转式配水系统旋转式配水系统在配水管上开有出水孔或扁形出水缝，利用水喷出时的反作用力推动配水管旋转，使淋水填料表面得到轮流而均匀的布水。如图3-43、图3-44所示。单组旋转配水系统图3-43适用于小型玻璃钢逆流式冷却塔；中型或中偏大冷却塔则可采用多组旋转配水装置图3-44，视具体情况而定。1、旋转式配水系统的特点1供水压力高于槽式池式配水和部分低压管式配水。2改变喷水口的喷水角度可调节配水管转速喷角一般在30°～60°之间。3布水均匀性常好，但布水是间歇的特别是塔径较大时更明显。4在配水管上设置挡水板，具有一定的促进配水均匀和除水作用。5孔口较易堵塞。2、旋转配水器大都采用尼龙、铜或铝合金制成，配水管采用玻璃钢管或塑料管，在保证强度的前提下，重量要轻，有利于旋转和节能。由于有运动部件故加工要求高，维修比较困难。3、采用旋转布水时，应保证配水器正常运转，管上开孔角度和方向正确，孔口光滑，管端与塔体间隙以20mm为宜，管底与填料间隙不小于50mm。冷却塔配水系统的选择对于配水系统，除要求配水均匀、通风阻力小、能耗低和便于维护修理外，还应结合塔型、循环水量和水质等条件加以考虑，一般为：1、逆流式冷却塔可采用槽式、管式或管槽结合的配水方式。2、横流式冷却塔宜采用池式配水。3、圆形中小型逆流式机械通风冷却塔多采用旋转布水方式。4、水质较差时宜采用槽式配水系统。大型冷却塔的循环水水量大，采用槽式配水固然可以降低供水能耗，但水槽将占去较大的通风面积按塔横断面计一般占25%～35%，增加了通风阻力，直接影响冷却效果。为了改善冷却塔的通风条件，减少配水槽所占的通风面积，降低通风阻力，可以采用低压管式配水系统或槽管结合的配水系统，宜多做几个方案进行技术经济比较后确定。