冷卻塔

　　冷卻塔^[1]按水與空氣相對流動狀況不同，不同類型冷卻塔優、劣，是冷卻塔業界在學術上長期爭論不休的問題，這種爭論有力地促進瞭冷卻塔的技術的發展，在爭論中各自揚長避短，使冷卻塔技術不斷完善，向節能降耗，提高效率，降低投資等目標不斷技術進步。
     冷卻塔熱力性 能好壞、噪聲高低、耗電大小、漂水多少是衡量冷卻塔品質優劣的關鍵，是用戶及設計師在選用冷卻塔時反復考察比較中最觀註的焦點。

　　冷卻塔是集空氣動力學、熱力學、流體學、化學、生物化學、材料學、靜、動態結構力學，加工技術等多種學科為一體的綜合產物。水質為多變量的函數，冷卻更是多因素，多變量與多效應綜合的過程。

　　冷卻塔是利用空氣同水的接觸（直接或間接）來冷卻水的設備。是以水為循環冷卻劑，從一系統中吸收熱量並排放至大氣中，從而降低塔內循環水的溫度，制造冷卻水可循環使用的設備。隨著冷卻塔行業不斷發展，越來越多的行業和企業運用到瞭冷卻塔，也有很多企業進入到瞭冷卻塔行業並發展。

　　1.標準型：進塔水溫37℃,出塔水溫32℃ 
2.中溫型：進塔水溫43℃,出塔水溫33℃ 
3.高溫型：進塔水溫60℃,出塔水溫35℃ 
4.普通型：進塔水溫37℃,出塔水溫32℃ 
5.大型塔：進塔水溫42℃,出塔水溫32℃ 

　　冷卻塔主要應用於空調冷卻系統、冷凍系列、註塑、制革、發泡、發電、汽輪機、鋁型材加工、空壓機、工業水冷卻等領域，應用最多的為空調冷卻、冷凍、塑膠化工行業。具體劃分，如下：

　　A、空氣室溫調節類：空調設備、冷庫、冷藏室、冷凍、冷暖空調等；

　　B、制造業及加工類：食品業、藥業、金屬鑄造、塑膠業、橡膠業、紡織業、鋼鐵廠、化學品業、石化制品類等；

　　C、機械運轉降溫類：發電機、汽輪機、空壓機、油壓機、引擎等；

　　D、其他類行業……

　　冷卻塔的作用是將攜帶廢熱的冷卻水在塔體內部與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣並散入大氣中。

　　按通風方式分為：①自然通風冷卻塔；②機械通風冷卻塔；③混合通風冷卻塔。

　　按水和空氣的接觸方式分：①濕式冷卻塔；②乾式冷卻塔；③乾濕式冷卻塔。

　　按熱水和空氣的流動方向分：①逆流式冷卻塔；②橫流（直交流）式冷卻塔；（3）混流式冷卻塔

　　按應用領域分：①工業型冷卻塔；②空調型冷卻塔。

　　按噪聲級別分：①普通型冷卻塔；②低噪型冷卻塔；③超低噪型冷卻塔；④超靜音型冷卻塔。

　　按形狀分：①圓形冷卻塔：②方型冷卻塔。

　　其他型式冷卻塔，如噴流式冷卻塔、無風機冷卻塔等。

　　通用術語“冷卻塔”是用來描述直接（開路）和間接（閉路）散熱設備。雖然大多數想出一個“冷卻塔作為一個開放的直接接觸散熱裝置”，間接冷卻塔，有時被稱為“閉合電路的冷卻塔”的是但也是一個冷卻塔。

　　一個直接的，或開路冷卻塔是一個密封結構內部的手段，通過將循環水以噴霧方式，噴淋到玻璃纖維的填料上。填料提供瞭更大的接觸麵，通過水與空氣的接觸，達到換熱效果。再有風機帶動塔內氣流循環，將與水換熱後的熱氣流帶出，從而達到冷卻。填充可能包括多個，主要是垂直，濕麵賴以傳播的水（填充）或橫向飛濺要素創造瞭許多具有較大的地表麵積小水滴級聯幾個層次薄膜（飛濺）。

　　間接或閉路冷卻塔並不涉及對空氣和液體，通常是水或乙二醇混合物直接接觸被冷卻。不同的是開放式冷卻塔，冷卻塔的間接擁有兩個獨立的流體電路。一個是外部電路中的水是在第二賽道，這是管束外循環（非公開線圈）的連接到的熱流體進程被冷卻並在閉路返回。空氣是通過循環繪制在整個熱管外級聯水，提供類似的蒸發冷卻冷卻塔開放。在運作的熱流從內部流體電路，通過線圈管墻，外部電路，然後由空氣和水的一些蒸發加熱，到大氣中。間接冷卻塔的行動，因此非常相似，打開冷卻塔有一個例外。這一過程被冷卻液在一個“封閉”回路中，不直接暴露在大氣或外部的循環水。

　　在逆流冷卻塔空中旅行向上通過填充或管束，對麵水向下運動。在橫流冷卻塔空氣水平移動通過填補水向下移動。

　　冷卻塔還有一個特點，其中航空移動手段的機械通風冷卻塔依靠電力驅動的風扇，以吸引或強行塔空氣。自然通風冷卻塔使用的排氣煙囪的高增長提供空氣浮力草案。風扇輔助自然通風冷卻塔采用機械草案，以增加浮力的影響。許多早期的冷卻塔靠的風向產生的空氣草案。如果冷卻水從冷卻塔回到重用，一些水必須添加到更換或構成，流動的那部分蒸發。由於蒸發包括純凈水，溶解的礦物質和其他固體循環水的濃度往往會增加，除非一些溶解，如打擊固體控制手段下，提供。一些水也喪失瞭與正在開展的廢氣（漂移）飛沫，但是這通常是減少到一個非常小的數額安裝擋板樣裝置，稱為漂流排除，收集液滴。彌補的金額必須等於蒸發，吹下來，總漂移，如風力井噴和其他水滲漏損失，保持一個穩定的水位。

冷卻塔一般主要由填料（亦稱散熱材）、配水系統、通風設備、空氣分配裝置（如：入風口百葉窗、導風裝置、風筒）、擋水器（或收水器）、集水槽（或集水池）等部分構成，上述結構的不同組 合可以構造成不同型式的冷卻塔。

　　一些有用的術語，通常在冷卻塔工業中使用：

　　- 水正在開展的與廢氣冷卻塔飛沫。漂移液滴具有與進入塔水的雜質濃度相同。漂移速度通常采用擋板減少類似的設備，所謂的漂流排除，通過空中旅行後必須離開填充和塔噴霧區。

　　- 吹的風冷卻塔，水滴，一般在進氣口開口。水也可能會丟失，在風的情況下，通過濺或噴霧。例如風簾，百葉，飛濺偏轉和水分流調節裝置來限制這些損失。

　　- 飽和的流離開廢氣冷卻塔。羽流是可見的水蒸汽，它包含瞭涼爽空氣接觸凝結，好像在大冷天人呼吸的霧。

　　在某些情況下，冷卻塔羽毛，可能會噴霧或結冰的危害及其周圍地區。請註意，水的蒸發冷卻過程是“純粹的”水，在相反的是漂移的飛沫或水的比例非常小吹的進氣口內。

　　- 的循環水流量是拆除，以保持在一個可接受的水平，溶解固體和其他雜質的部分金額。

　　由流經木結構冷卻塔用水沖洗行動浸出 - 損失的木材防腐化學品。

　　- 聲音能量冷卻塔排放，並聽取瞭（記錄）在給定的距離和方向。聲音是對所產生的影響，水質下降的空氣受到球迷的運動，該運動在風扇葉片結構，電機，變速箱和傳動帶。

　　冷卻塔長時間使用，會滋生細菌，其中典型的細菌是“軍團菌”，這種細菌會造成傳染病，每個冷卻塔周圍200米內都會受到影響。城市的冷卻塔是城市污染的一種主要來源。軍團菌經空氣傳播。空調系統的水箱是軍團菌的理想繁殖地方，可經管道遍佈整座建築物。因此長期在空調室內的人，應特別小心。

　　1、水在塔內填料中，水自上而下，空氣自下而上，兩者流向相反一種冷卻塔。

　　2、逆流冷卻塔熱力性能好、分三個冷卻段：

　　①佈水器到填料頂這一空間，此段的水溫較高，所以仍可將熱量傳給空氣。

　　②填料水與空氣熱交換段。

　　③填料至集水池空間淋水段，水在此段被冷卻稱之為“尾效”。在我國北方水溫可下降1-2℃。綜上所述，逆流塔比橫流塔在相同的情況下，填料體積小20%左右，逆流塔熱交換過程更合理冷效高。

　　3、配水系統不易堵塞、淋水填料保持清潔不易老化、濕氣回流小、防凍化冰措施更容易。多臺可組合設計，冬季以所需的水溫水量可合並單臺運行或全部停開風機。

　　4、施工安裝檢修容易、費用低，常用在空調和工業大、中型冷卻循環水中。

　　l、水在塔內填料中，水自上而下，空氣自塔外水平流向塔內兩者流向呈垂直正交一種冷卻塔。常用在噪聲要求嚴格的居民區內，是空調界使用較多的冷卻循環塔。優點：節能、水壓低、風阻小、亦配置低速電機、無滴水噪聲和風動噪聲，填料和配水系統檢修方便。

　　2、可隨建築形狀隨意構築基礎多臺放置，根據所需的水溫分別啟動單臺或多臺冷卻塔。

　　3、應註意的是：框架要多40%熱交換時要有較多的填料體積，填料易老化、配水孔易堵塞、防結冰不好、濕氣回流大。橫流塔的優點正是逆流塔的缺點。

　　采用獨特的噴霧噴嘴安裝在冷卻塔底上部進風處，有噴霧自旋無電機送風和塔頂排風兩種方式。將熱水經噴嘴內旋片時產生內旋流形成細微霧狀化噴出，使霧狀存 在、向上噴順流亦下落逆流兩個冷卻時效。霧化均勻無中空現象，冷卻效果穩定、電能消耗低、漂水率0.01%，不用填料、造價低壽命長，符合 GB7190.1-1997國傢標準。使用范圍冶金、食品、化工、高濁、高溫、防腐冷卻塔。

^[1]1. 封閉式冷卻塔是傳統冷卻塔的一種變形和發展。它實際上是一種蒸發式冷卻塔，冷卻器和濕式冷卻塔的組合，它是臥式的蒸發式冷卻塔，工藝流體在管內流過，空氣 在管外流過，兩者互不接觸。塔底蓄水池內的水由循環泵抽取後，送往管外均勻地噴淋下來。與工藝式流體熱水或制冷劑和管外空氣並不接觸，成為一種封閉式冷卻 塔，通過噴淋水增強傳熱傳質的效果。

　　2.封閉式冷卻塔適用於對循環水質要求較高的各種冷卻系統，在電力、化工、鋼鐵、食品和許多工業部門有應用前景。另一方麵，與空冷式熱交換器相比，蒸發式冷卻塔利用管下側水的蒸發潛熱，使空氣側傳熱傳質顯著增強，也具有明顯的優點。

　　密閉式冷卻塔（也叫蒸發式空冷器）將管式換熱器置於塔內，通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果。由於是閉式循環，其能夠保證水質不受污染，很好的保護瞭主設備的高效運行，提高瞭使用壽命。外界氣溫較低時，可以停掉噴淋水系統，起到節水效果。推著國傢節能減排政策的實施和水資源的日益匱乏，近幾年密閉式冷卻塔在鋼鐵冶金、電力電子、機械加工、空調系統等行業得到瞭廣泛的應用。北方地區冬季氣溫通常在零度以下，密閉式冷卻塔的運行防凍問題日益突出，如果解決的不好，可能凍壞換熱管或冷卻塔其他部件。根據不同的工藝特點，密閉式冷卻塔有的冬季全天運行，有的部分時間段運行，有的幾乎不用。但都需要考慮防凍問題。

　　如果在冬季密閉式冷卻塔不需要運行，停機時，須將噴淋水和內部循環水排空。

　　封閉式冷卻塔，又稱閉式冷卻塔，蒸發冷卻器。

　　產品簡介： 噪聲低、節能、節水、冷效穩定、維修量少。

　　產品詳情：

　　1、節能降溫效果好2、冷效穩定3、工作水壓低、節能高效4、噪音低5、飄水量小，節水效果顯著6、維修量少，減少生產成本7、新型噴霧推進通風冷卻塔整體采用積木式的模塊化結構，而且塔身內部的進、出風道在塔體下部隔離，簡化瞭塔身結構，減輕瞭塔體重量，同時便於運輸和拼裝。

　　WGFB冷卻塔的結構：1、WGFB無填料噴霧冷卻塔采用高效低壓離心霧化裝置（噴頭壓力：0.035MPa）作為冷卻元件取[代瞭傳統的填料塔的填料和佈水裝置，使整塔幾乎成為一個空塔，結構大大簡化。

　　2、WGFB無填料噴霧冷卻塔在取消填料和佈水裝置後，將霧化裝置安裝在進風道上方，水的噴射方向與軸流風機抽吸的冷風同向，同時水有上升和下降兩個過程，冷卻也有順流冷卻和逆流冷卻兩個過程。

　　3、GFN無填料噴霧冷卻塔是通過霧化裝置將水噴成霧狀，使空氣和水的微小粒狀均勻接觸，而填料塔是通過佈水噴頭將水分佈在填料上以膜狀與冷風接觸。

　　4、GFN塔因填料取消，使塔體載荷大大減小，勿需更多支承梁板，土建結構簡化，節約土建投資。

1 風機節能控制器的分析

　　提出風機節能控制管理的目的，是實現風機運行閉環自動控制。根據生產的需要預先設定供水溫度，由氣候氣象環境對水溫的影響、系統換熱條件的改變對水溫的影響，用溫感探頭的實測值及時反應出來，最終通過調控降溫設備的能耗來穩定供水溫度，實現自控節能。

　　通常認為，“變頻調速技術”是完成上述過程的理想方法。但變頻調速技術在循環水冷卻塔風機控制上的運用存在如下局限性和缺陷：

　　①“變頻調速技術”可以做到很高的控溫精度，但這在循環冷卻水系統卻不很重要。

　　②變頻器自身的能量損耗（平均運行效率不足90%）影響節能效果。

　　③變速運行造成風扇葉片攻角改變（迎風角），風機脫離工作點運行使效率降低。

　　④電機脫離額定轉速的低速運行，以及轉速、扭矩、功耗之間的非線性關系，也使電機的運行效率大為降低。

　　⑤變頻調速系統價格較為昂貴（每千瓦1000元左右），新建工程和老設備改造都需較大投入。

　　⑥設計上還必需考慮變頻調速器運行在某些特定轉速時的破壞性共振問題，和變頻調速器產生強電磁污染對其它機表的乾擾等問題。

2 風機安全監控器分析

　　提出風機安全監控管理的目的，是為瞭自動檢測出振動、油溫、油位的變化數值，並進行顯示和記錄，同時對檢測值超限的風機進行報警和停機，以求達到風機安全平穩運行的目的，減少甚至杜絕風機損壞事故的發生。根據現場管理的實際情況，確定瞭“風機振動”、“滑油油溫”、“減速箱油位”3個參數是保證風機安全最重要的運行參數[3]。又確定瞭“測量范圍”、“測量精度”、“巡檢時間”等共15項設計參數進行研發制作。該系統於1993年9月在循環水場得到首次試用，命名為“KR-939風機安全監控器”。

　　該系統運用瞭多參數組合探頭技術、數字指令編碼技術和計算機網絡管理技術。三參數組合探頭安裝於風機減速箱泊尺固定座上，其探桿直接插入滑油中，將減速箱內的油溫、泊位及設備振動值直接轉換為電信號，並遠傳至控制室內的風機安全監控器。每臺安全監控器可以用一條四芯電纜掛接8隻組合探頭，對8臺風機的運行參數進行實時監控，同時完成數字顯示。超限報警、超限停機等多相功能。經過瞭多次的試驗和改型設計，目前已經成功運用於設備生產現場，各項參數達到瞭預定的設計要求。

3 實現計算機聯網控制分析

　　上麵介紹的兩種測控系統，可以通過一條四芯通訊電纜（RS-422標準串行接口）與1臺管理計算機連接，計算機可以是通用型PC機或工控機。當配備相應的組態化監控管理軟件（DCS-900軟件），即可與多臺KR-933、KR-939監控器實現聯網控制。與計算機聯網後的風機監控器增加瞭如下功能：

　　①同時監控網內所有控制器的測量參數，實現綜合管理。

　　②修改網內各控制器的設定參數。

　　③根據各控制器運行參數變化實現系統優化管理。

　　④進行歷史數據及圖形的記錄，幫助分析，方便查詢。

4 風機管理研究的效果分析

　　4.1 風機運行節電效果明顯

　　以安裝瞭KR-933的第二循環水場為例，使用KR-933節能控制器的節能效果。 最初現場試用KR-933節能控制器的第三循環水場，在1993年風機負荷較重的6，7，8，9這4個月內，耗電量與1991，1992年同期相比，節電量178533kW·h，若以0.45元/(kW·h)計算，這4個月共節約用電費7.92萬元；而第三循環水場安裝節能控制器的費用隻有4.36萬元，可見投入的費用隻需設備運行幾個月就能收回。

　　4.2 保證風機安全運行

　　根據現場經驗，處於完好狀態下的風機，其油溫、油位、振動曲線的特征如下：

　　①油溫曲線：從開、停機時刻起逐漸升、降，約1h左右變成一條近似直線的平滑曲線。

　　②泊位曲線：無論是否開機，都應近似一條水平的直線。

　　③振動曲線：開機狀態下，圍繞一條虛擬的直線作上下窄幅振蕩的不規則曲線。

5 不足之處分析

　　5.1 大型風機不適合應用KR-933節能控制器

　　對於大功率少機組風機的循環水場，由於每開停1臺風機，都會對水溫產生很大的影響。因而，應用KR-933風機節能控制器無法正常穩定控制水溫。如第六循環水場共有3臺直徑8.53m、功率160kW的風機，假設安裝風機節能控制器，在設定溫度速率允差。溫度允差、執行周期等參數時，必然產生極大的矛盾，很難選擇出適當的參數值，最終也達不到節能降耗的目的。這種情況下的風機管理，比較適合采用自動變頻調速系統進行控制管理。目前也正在進行這方麵的準備工作。

　　5.2 KR-939安全控制系統的油位測量技術還有待改進

　　目前KR-939安全監控器仍存在不足，其主要問題是油位監測，由於受惡劣條件的影響，較容易出現熱絲結垢、滑油含水造成斷絲故障。若探頭檢修不及時，還需要進行人工上塔巡檢實測。

　　加強風機的科學現代化管理，還應在現有的基礎上不斷改進。

　　1、循環水量在冷卻塔運轉當中，因下列因素逐漸損失：

　　A 當熱水與冷空氣在塔體內產生熱交換過程中，部份水量會變成氣體蒸發出去；

　　B 由於冷空氣系借助機械動力（馬達與風車）抽送，在高風速狀況下，部份水量會被抽送出去；

　　C 由於冷卻水重復循環，水中之固體濃度日漸增加，影響水質，易生藻苔，因此必須部份排放，另行以新鮮的水補充之。

　　2、補給水量計算說明：

　　A 蒸發損失水量（E）

　　E = Q/600 = （T1-T2）*L /600

　　E 代表蒸發水量 (kg/h) ； Q代表熱負荷(Kcal/h)；

　　600代表水的蒸發潛熱(Kcal/h)； T1代表入水溫度(℃)；

　　T2代表出水溫度(℃)； L代表循環水量(kg/h)

　　B飛濺損失水量（C）

　　冷卻塔之飛濺損失量依冷卻塔設計型式、風速等因素決定之。一般正常情況下，其值約等於循環水量的0.1~0.2%左右。

　　C定期排放水量損失（D）

　　定期排放水量損失須視水質或水中固體濃度等因素決定之。一般 約為循環水量之0.3%左右。

　　D補給水量（M）

　　水塔循環水之補給總水量等於 M=E + C + D

　　冷卻塔用於空調時，溫度差設計在5℃，此時冷卻塔所須之補給水量約為循環水量的2%左右。

　　冷卻塔的熱力計算目的有兩個，第一是已知水負荷及熱負荷，在特定的氣象條件下，根據冷卻要求確定冷卻塔所需要的麵積；第二是已知冷卻塔的各項條件，在特定的水負荷及熱負荷和氣象條件下計算冷卻後的水溫。在工程設計中選用成套供應的冷卻塔時，是按冷卻塔的填料高度、體積、風量及已知條件復核冷卻後水溫能否滿足要求。

　　冷卻塔的計算有很多方法。在實際應用中有些方法雖然精確度較

　　高，但計算較繁，一般不予采用。機械通風冷卻塔計算采用彭軍焓差法或圖解法較為普遍。在制冷裝置中，直接選用機械通風冷卻塔時，可根據產品樣本中的計算圖表計算。

　　冷庫房的作用就是建立一個能使易腐蝕品得到貯藏的低溫環境，

　　以最大限度的保持食品原來的質量。所以要把庫房內外影響到庫房溫度的熱量全部取走，以保證庫溫的穩定。為瞭保證這一條件，就需要有相應的制冷設備，它所產生的制冷量應和引起庫溫波動的庫內外各大小，以此為根據再選配制冷壓縮機和輔助設備等。

　　冷庫房的冷負荷在一年四季中並不是恒定的，其大小受到室外氣溫，食品冷卻加工工藝要求，冷加工產品的數量，以及操作管理方式等諸因素影響。因此，在一般情況下，先計算出各冷間冷負荷的最大值，然後在確定庫房冷卻設備負荷時，再根據不同情況，對有些冷間的冷負荷乘以不同的系數進行修正。

　　循環水水質之要求（附水質限定值）

　　因冷卻水大多數含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當冷卻水流經金屬表麵時，有碳酸鹽的生成。另外，溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由於銹垢的產生，冷卻塔換熱效果下降。嚴重時不得不在殼體外噴淋冷卻水，結垢嚴重時會堵塞管子，使換熱效果失去作用。研究的數據顯示水垢沉積物對熱傳輸的損失影響巨大，隨著沉積物的增加會造成能源費用的加大。即使很薄的一層水垢就要增加設備中結垢部分40%以上的運行費用。保持冷卻通道中不含礦物沉積物可以很好的提高功效、節約能源、延長設備的使用壽命，同時節約生產時間和費用。

　　長期以來傳統的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學清洗(酸洗)等在對設備清洗時出現很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，酸液對設備造成腐蝕形成漏洞，殘留的酸對材質產生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導致更換設備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。針對上述情況，國內外努力研制對金屬腐蝕性小的清洗劑，而目前研發成功的有福世泰克清洗劑。其具有高效、環保、安全、無腐蝕的特點，不但清洗效果良好而且對設備沒有腐蝕，能夠保證冷卻塔的長期使用