[发明专利]一种混流型闭式冷却塔设计计算方法

摘要

本发明提供一种混流型闭式冷却塔设计计算方法，根据环境气象条件、冷却任务、换热管规格，根据能量守恒、传热学基本公式及换热管传热传质经验公式进行热力分析，设计换热器结构，计算所需喷淋水量、风机风量，预测介质出口温度、喷淋水平均温度、出塔空气参数、喷淋水蒸发量、补水量等值。该设计除了传统换热器设计的传热计算外，还加入了湿区部分的传质计算，使闭式塔设计更为全面和准确。该设计方法不仅可以规范和优化混流闭式冷却塔设计流程，并且提高了冷却塔换热效率，减小换热器面积余量，减少耗材，降低成本；而且有效降低喷淋水量、风机风量，节约运行成本，避免资源浪费。

主权项

1.一种混流型闭式冷却塔设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：S1：确定环境气象条件：环境气象条件：环境大气压Pa(kPa)、环境空气干球温度θ(℃)、环境空气湿球温度τ(℃)，根据热力学计算公式，计算相对湿度φ_i、进塔空气含湿量x_i，干球温度对应饱和蒸汽分压p_θ，湿球温度对应饱和蒸汽分压p_τ，进塔湿空气密度ρ_i,进塔空气焓值h_i；S2：确定冷却任务冷却任务：单塔冷却循环水量Q（m³/h）、循环水进塔水温T₁，出塔水温T₂；S3：设定热负荷在盘管区和填料区冷却的分配比例：首先根据冷却任务计算总的热负荷Q_k，根据填料区分配比例X，确定盘管区和填料区各自的热负荷；S4：确定盘管规格，初定换热器结构，确定椭圆盘管管径do、壁厚δ，单排管长L’，每流程管层数P’，计算当量直径d_is，每流程管根数G’，每排管根数G，管排数P，每列管心距S₁，每排管心距S₂；S5：计算管内流速，判断管内流速是否在0.5‑1.5m/s之间，如果是则继续下一步，如果否则返回S4重新布置管束；S6：设定盘管区配风量V_a1；S7：计算盘管区迎面风速u_a’，判断风速是否在0.4‑4m/s之间如果是则继续下一步，如果否则返回S4重新布置管束，如果是继续下一步，如果否返回S6；S8：设定平均喷淋水温T_w，S9：设定假定喷淋水量V_w，假定单位热负荷配水量v_w，初估所需喷淋水量V_w，又有1982年机械工业部制定的蒸发式冷凝器标准：最大配水量不超过0.043m³/1000kJ，计算最大喷淋水量V_wmax；S10：计算传热系数q，传热面积F，分别计算管外表面与喷淋水的换热系数a_o，管内冷却水与壁面的对流换热系数a_i，管壁导热热阻R_p，盘管内壁污垢热阻R_i，盘管外壁污垢热阻R_p，计算盘管总换热系数；S11：计算管程数n，并取实际管程数n’，实际管程数n’不能小于计算管程数n；S12：计算塔长L、塔宽B、盘管区高度H_g；S13：计算传质系数k_m，根据喷淋水与空气之间的对流换热系数a’，得出传质系数k_m；S14：计算湿区冷却面积，根据水膜和喷淋面积，得到湿区冷却面积；S15：计算水膜面积冷却数M_w和传热单元数NTU，根据盘管换热系数和传质系数计算水膜面积冷却数和传热单元数；S16：计算喷淋水温T_w’，根据盘管结构、配风量及喷淋水量可计算得喷淋水温T_w’；S17：比较校核喷淋水温与假设喷淋水平均温度是否相等，若两者相平衡，则可继续下一步；若不相等，则需返回S8重新设定喷淋水平均温度；S18：计算介质出口温度T₂’，当低于出水温度T2时，进行下一步，否则返回S6增大盘管区配风量，直至介质出口温度小于等于设计出水温度；S19：设置填料尺寸长度L_t、高度H_t、深度B_t；S20：设定填料区风量V_a2；S21：计算填料区喷淋水进水温度T_w1’、出水温度T_w2’；S22：计算冷却特性数Ω和冷却任务数N；判断冷却特性数是否大于冷却任务数，如果是进行下一步，否则返回S20；S23：计算盘管区阻力∆P₁；包括进风口阻力、气流转弯阻力、配水阻力、盘管阻力、收水器阻力、风筒阻力等；S24：计算填料区阻力∆P₂；包括进风口阻力、百叶窗阻力、配水阻力、填料阻力、收水器阻力、风筒阻力等；S25：判断盘管区阻力∆P₁和填料区阻力∆P₂是否相等；如果是进行下一步，否则返回S19；S26：判断盘管区阻力∆P₁和填料区阻力∆P₂是否在合理范围内；如果是进行下一步，否则返回S4；S27：输出设计结果。