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        蒸發(fā)冷卻空氣參數(shù)計(jì)算及其在濕式蒸發(fā)冷卻塔 節(jié)水節(jié)能中的應(yīng)用

        2021-10-18 07:41:18王志明潘欣全何偉男譚益坤趙元賓
        發(fā)電技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:含濕量蒸發(fā)量盤(pán)管

        王志明,潘欣全,何偉男,譚益坤,趙元賓*

        (1.深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司,廣東省 深圳市 518057;2.中國(guó)廣核新能源控股有限公司, 廣東省 深圳市 518057;3.山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,山東省 濟(jì)南市 250061)

        0 引言

        隨著工業(yè)用水量逐年增大,節(jié)水、節(jié)能、減排已成為制約地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一[1-3]。對(duì)工業(yè)用水量進(jìn)行調(diào)控[4],提高用水效率是保證我國(guó)水資源安全、滿足社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要條件之一[5]。同時(shí),工業(yè)用水的循環(huán)利用也符合《國(guó)家節(jié)水行動(dòng)方案(2019年)》提出的“優(yōu)化用水結(jié)構(gòu),多措并舉,在各領(lǐng)域、各地區(qū)全面推進(jìn)水資源高效利用,強(qiáng)化科技支撐”的戰(zhàn)略要求[6]。而濕式蒸發(fā)冷卻是電力、熱力、冶金、化工等行業(yè)熱力系統(tǒng)的主要冷卻方式,是實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于典型濕式蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),受環(huán)境氣象條件和機(jī)組負(fù)荷影響,循環(huán)水蒸發(fā)量變化較大,導(dǎo)致水質(zhì)波動(dòng),低濃縮倍率排污易造成循環(huán)水損失較大,高濃縮倍率排污易造成換熱設(shè)備的結(jié)垢、結(jié)污。因此,結(jié)合濕式蒸發(fā)冷卻塔蒸發(fā)量、排污量、補(bǔ)水量的精確計(jì)算,可實(shí)現(xiàn)其節(jié)水[7-8]、節(jié)能[9]、減排[10]、消霧[11-12]的智能調(diào)控,達(dá)到綠色和高效運(yùn)行的目標(biāo)[13]。

        濕式蒸發(fā)冷卻塔蒸發(fā)量的精確計(jì)算取決于出塔空氣參數(shù)的精確測(cè)量或計(jì)算。然而多處于過(guò)飽和霧羽狀態(tài)的出塔空氣參數(shù)難以測(cè)量,因此,基于氣–水兩相傳熱傳質(zhì)過(guò)程計(jì)算濕式蒸發(fā)冷卻塔空氣參數(shù)的沿程變化,是精確求解出塔空氣參數(shù)的關(guān)鍵方法之一。按核心傳熱元件類型,濕式蒸發(fā)冷卻塔可分為純填料濕式冷卻塔[14-17]、純盤(pán)管閉式冷卻塔[18-21]和復(fù)合式閉式冷卻塔[22-25]。其中:純填料濕式冷卻塔中冷卻水均勻噴淋在填料層,空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入填料層,噴淋水和空氣經(jīng)填料層進(jìn)行熱質(zhì)交換;純盤(pán)管閉式冷卻塔中冷卻水進(jìn)入換熱盤(pán)管管程,噴淋水均勻噴淋在換熱盤(pán)管外側(cè),空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入閉式冷卻塔,噴淋水在換熱盤(pán)管外側(cè)形成噴淋水膜,噴淋水、冷卻水和空氣經(jīng)噴淋水膜進(jìn)行熱質(zhì)交換;復(fù)合式閉式冷卻塔中冷卻水通過(guò)水泵進(jìn)入換熱盤(pán)管管程,空氣和噴淋水分別經(jīng)過(guò)換熱盤(pán)管和填料層,噴淋水在換熱盤(pán)管外側(cè)和填料層形成噴淋水膜,噴淋水、冷卻水和空氣經(jīng)噴淋水膜進(jìn)行熱質(zhì)交換。

        對(duì)于上述濕式冷卻塔,其氣–水兩相傳熱傳質(zhì)過(guò)程直接影響濕式蒸發(fā)冷卻塔空氣參數(shù)的沿程變化及出塔空氣參數(shù)的精確求解。Hasan等[26]以純盤(pán)管閉式冷卻塔為研究對(duì)象,介紹了其運(yùn)行原理和熱力計(jì)算模型,并對(duì)冷卻水流量和盤(pán)管結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。Heyns等[27]描述了蒸發(fā)冷卻塔的Poppe模型和Merkel模型,并通過(guò)試驗(yàn)研究盤(pán)管式蒸發(fā)冷卻塔空氣壓降對(duì)其傳熱傳質(zhì)過(guò)程的影響,結(jié)果表明:噴淋水膜的傳熱系數(shù)是與空氣、冷卻水質(zhì)量流量和冷卻水溫度有關(guān)的函數(shù),水膜和空氣兩相間的傳熱傳質(zhì)系數(shù)則是與空氣、噴淋水質(zhì)量流量有關(guān)的函數(shù)。Gomez等[28]介紹了2種不同形式的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),第1種蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的熱質(zhì)交換模塊由垂直交錯(cuò)的換熱管組成,第2種蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的熱質(zhì)交換模塊由空心磚組成,并通過(guò)試驗(yàn)研究各個(gè)參數(shù)對(duì)2種蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)性能的影響,結(jié)果表明,與含濕量有關(guān)的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響更顯著。Nasr等[29]提出了一種基于蒸發(fā)冷卻器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,該方法通過(guò)推導(dǎo)傳熱面積、壓降、傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)的線性關(guān)系,以最大允許壓降為目標(biāo)函數(shù),得到熱質(zhì)交換模塊的結(jié)構(gòu)尺寸和最小傳熱面積。Papaefthimiou等[30]建立了閉式冷卻塔的熱質(zhì)交換模型,研究進(jìn)塔空氣參數(shù)對(duì)其熱力性能的影響,結(jié)果表明:進(jìn)塔空氣的濕球溫度越低,管內(nèi)冷卻水溫降和循環(huán)水蒸發(fā)量越大。

        作為熱力系統(tǒng)冷端關(guān)鍵設(shè)備,濕式蒸發(fā)冷卻塔的傳熱傳質(zhì)特性直接影響其冷卻性能、節(jié)水、節(jié)能及減排,出塔空氣參數(shù)的精確計(jì)算對(duì)其蒸發(fā)量、排污量、補(bǔ)水量的精確計(jì)算與智能調(diào)控具有重要的意義,但目前對(duì)于濕式蒸發(fā)冷卻塔蒸發(fā)量計(jì)算的研究及應(yīng)用相對(duì)較少。本文對(duì)比研究填料式、盤(pán)管式及復(fù)合式等典型濕式蒸發(fā)冷卻塔氣–水兩相傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型及空氣參數(shù)的計(jì)算方法,精準(zhǔn)求解進(jìn)塔空氣參數(shù)的變化及其對(duì)濕式蒸發(fā)冷卻塔循環(huán)水蒸發(fā)量、排污量和補(bǔ)水量控制的影響,可對(duì)濕式蒸發(fā)冷卻塔的補(bǔ)水量和排污量進(jìn)行調(diào)控優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)水、節(jié)能、減排的智能運(yùn)維。

        1 典型濕式蒸發(fā)冷卻塔的傳熱傳質(zhì)過(guò)程

        濕式蒸發(fā)冷卻的典型熱質(zhì)交換模塊是盤(pán)管換熱器和填料層,但兩者傳熱傳質(zhì)形式相差較大,需分別對(duì)盤(pán)管換熱器和填料層的熱質(zhì)交換過(guò)程和影響參數(shù)進(jìn)行分析,進(jìn)而精準(zhǔn)求解濕式蒸發(fā)冷卻塔的出塔空氣參數(shù)。典型的純填料機(jī)械通風(fēng)濕式冷卻塔、純盤(pán)管閉式冷卻塔、復(fù)合式閉式冷卻塔、自然通風(fēng)濕式冷卻塔分別如圖1—4所示。

        圖1 純填料濕式冷卻塔的結(jié)構(gòu)圖 Fig. 1 Structure diagram of a wet cooling tower with pure fillers

        填料層中冷卻水和空氣進(jìn)行直接熱量、質(zhì)量交換[31],熱量交換包括冷卻水和空氣的導(dǎo)熱和對(duì)流換熱,熱量交換動(dòng)力為冷卻水溫度和空氣干球溫度的差值;質(zhì)量交換包括冷卻水對(duì)空氣表面的蒸發(fā)傳熱,質(zhì)量交換動(dòng)力為冷卻水溫度和空氣露點(diǎn)溫度的差值。隨著冷卻水和空氣熱質(zhì)交換的進(jìn)行,當(dāng)冷卻水溫度等于空氣干球溫度時(shí),冷卻水和空氣的熱量交換處于平衡狀態(tài),冷卻水對(duì)空氣的蒸發(fā)傳熱量導(dǎo)致冷卻水溫度降低;當(dāng)冷卻水溫度等于空氣濕球溫度時(shí),空氣對(duì)冷卻水的顯熱換熱量等于冷卻水對(duì)空氣的蒸發(fā)傳熱量,冷卻水和空氣的熱質(zhì)交換達(dá)到平衡,冷卻水溫度不再降低。 理想狀態(tài)下,無(wú)預(yù)冷裝置時(shí),冷卻水出水溫度等于進(jìn)塔空氣濕球溫度[32];添加預(yù)冷裝置時(shí),冷卻水出水溫度等于進(jìn)塔空氣露點(diǎn)溫度。

        圖2 純盤(pán)管閉式冷卻塔的結(jié)構(gòu)圖 Fig. 2 Structure diagram of a closed cooling tower with a pure tube

        圖3 復(fù)合式閉式冷卻塔的結(jié)構(gòu)圖 Fig. 3 Structure diagram of a hybrid closed cooling tower

        盤(pán)管換熱器管內(nèi)冷卻水和管外的噴淋水、空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換[33],其中:熱量交換包括管內(nèi)冷卻水與管外噴淋水的導(dǎo)熱、對(duì)流換熱,管外噴淋水與空氣的導(dǎo)熱、對(duì)流換熱,熱量交換動(dòng)力為管內(nèi)冷卻水與管外噴淋水的溫差、管外噴淋水溫度與空氣干球溫度的差值;質(zhì)量交換包括管內(nèi)冷卻水與管外噴淋水膜的對(duì)流傳質(zhì)、管外噴淋水膜與空氣表面的蒸發(fā)傳熱,質(zhì)量交換動(dòng)力為管內(nèi)冷卻水與管外噴淋水溫差、管外噴淋水與空氣露點(diǎn)溫度的差值。

        隨著冷卻水、噴淋水和空氣熱質(zhì)交換的進(jìn)行,當(dāng)冷卻水溫度大于噴淋水溫度且噴淋水溫度等于空氣干球溫度時(shí),噴淋水與空氣的熱量交換處于平衡狀態(tài),噴淋水對(duì)空氣的蒸發(fā)傳熱量導(dǎo)致噴淋水溫度降低;當(dāng)冷卻水溫度大于噴淋水溫度且噴淋水溫度等于空氣濕球溫度時(shí),空氣對(duì)噴淋水的顯熱換熱量等于噴淋水對(duì)空氣的蒸發(fā)傳熱量,噴淋水和冷卻水溫度不再降低。在理想狀態(tài)下,無(wú)預(yù)冷裝置時(shí),冷卻水出水溫度略高于進(jìn)塔空氣濕球溫度[34];添加預(yù)冷裝置時(shí),冷卻水出水溫度略高于進(jìn)塔空氣露點(diǎn)溫度。

        2 盤(pán)管換熱器和填料中的氣–水熱質(zhì)交換模型

        2.1 盤(pán)管換熱器的氣–水熱質(zhì)交換模型

        盤(pán)管換熱器的熱質(zhì)交換過(guò)程如圖5所示,通常進(jìn)行如下假設(shè)[35]:1)盤(pán)管外表面均勻分布水膜,水膜大小為定值,空氣均勻流經(jīng)盤(pán)管換熱器;2)熱質(zhì)交換界面以盤(pán)管微元體為基礎(chǔ)建立; 3)對(duì)流傳熱和傳質(zhì)系數(shù)滿足劉易斯關(guān)系式;4)忽略盤(pán)管換熱器水膜界面的傳熱熱阻,水膜和空氣交界處的空氣焓值與噴淋水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣焓值相等。

        圖5 盤(pán)管換熱器的熱質(zhì)交換模型圖 Fig. 5 Heat and mass exchange model of tube heat exchanger

        1)盤(pán)管微元體的質(zhì)量守恒方程[36]:

        式中:Gf、Ga、Gp分別為冷卻水、空氣、噴淋水的質(zhì)量流量,kg/s;da為空氣的含濕量,kg/kg。

        式中Lef為空氣的劉易斯數(shù)。

        根據(jù)以上盤(pán)管換熱器熱質(zhì)交換模型,結(jié)合初始條件和邊界條件,以管內(nèi)冷卻水流動(dòng)方向求解控制單元微分方程,當(dāng)滿足噴淋水進(jìn)、出水溫度相等的條件時(shí),求解得到劉易斯數(shù)、盤(pán)管出口空氣溫度、含濕量、冷卻水出水溫度和噴淋水溫度。

        2.2 填料層的氣–水熱質(zhì)交換模型

        填料層中淋水降膜與空氣間的熱質(zhì)交換過(guò)程如圖6所示,通常進(jìn)行如下假設(shè)[42]:1)填料層外空氣和噴淋水均勻接觸,噴淋水膜的大小為定值,空氣均勻流經(jīng)填料層;2)對(duì)流傳熱和傳質(zhì)系數(shù)滿足劉易斯關(guān)系式;3)忽略填料層水膜界面的傳熱熱阻,水膜和空氣交界處的空氣焓值與噴淋水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣焓值相等;4)針對(duì)不同形狀的填料,將填料劃分為微元體,其體積為dV。

        圖6 填料層的熱質(zhì)交換模型 Fig.6 Heat and mass exchange model of packed layer

        噴淋水自上至下流動(dòng),空氣自下至上流動(dòng),噴淋水與空氣逆向流動(dòng)進(jìn)行熱質(zhì)交換,結(jié)合 式(8),建立填料層的熱質(zhì)交換方程。

        1)填料微元體的質(zhì)量守恒方程:

        2)填料微元體的能量守恒方程[43]:

        式中Ha為干空氣焓值,J/kg。

        3)噴淋水和空氣微元體能量守恒方程[44]:

        式中:r為噴淋水溫對(duì)應(yīng)的汽化潛熱,J/kg;dba為與噴淋水溫對(duì)應(yīng)的飽和空氣含濕量,kg/kg;tp、ta分別為噴淋水和濕空氣的溫度,℃;Kd為噴淋水與空氣的傳質(zhì)系數(shù),kg/(m2?s)。

        4)噴淋水和空氣微元體的質(zhì)量守恒方程:

        式中S為填料底面積,m2。

        根據(jù)以上填料層熱質(zhì)交換模型,結(jié)合初始條件和邊界條件,以填料層內(nèi)冷卻水流動(dòng)方向求解控制單元微分方程,當(dāng)滿足冷卻水失去熱量等于空氣獲得熱量的條件時(shí),求解得到劉易斯數(shù)、填料層出口空氣溫度、含濕量和噴淋水出水溫度。

        3 空氣參數(shù)精確計(jì)算在濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)水節(jié)能中的應(yīng)用

        如果改變進(jìn)塔氣象參數(shù),通過(guò)式(1)—(12)計(jì)算可知,出塔空氣溫度、含濕量均發(fā)生變化,由此導(dǎo)致循環(huán)水蒸發(fā)量發(fā)生變化,在濕式蒸發(fā)冷卻塔恒定循環(huán)水濃縮倍率運(yùn)行時(shí),補(bǔ)水量和排污量也均應(yīng)隨蒸發(fā)量變化而變化[45-46]?,F(xiàn)存濕式蒸發(fā)冷卻塔循環(huán)水排污閥和補(bǔ)水閥多為手動(dòng)閥,在蒸發(fā)量發(fā)生變化時(shí),手動(dòng)閥存在調(diào)節(jié)不及時(shí)的缺點(diǎn)。

        在補(bǔ)水量維持恒定的情況下,循環(huán)水蒸發(fā)量的變化導(dǎo)致濃縮倍率變化[47],低濃縮倍率排污易造成較大的循環(huán)水量損失,高濃縮倍率排污易造成換熱設(shè)備的結(jié)垢、結(jié)污,進(jìn)而影響濕式蒸發(fā)冷卻塔的運(yùn)行性能和效率。因此,本文結(jié)合出塔空氣參數(shù)的精確計(jì)算,分析濕式蒸發(fā)冷卻塔循環(huán)水蒸發(fā)量的變化,并在恒定濃縮倍率的基礎(chǔ)上,分析其對(duì)冷卻塔補(bǔ)水量、排污量精確調(diào)控的影響,以在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)冷卻塔節(jié)水、節(jié)能。

        3.1 蒸發(fā)量、補(bǔ)水量和排污量的求解

        根據(jù)第2節(jié)濕式蒸發(fā)冷卻塔典型傳熱元件中氣–水兩相熱質(zhì)交換模型,計(jì)算出塔空氣的溫度、含濕量、焓值,結(jié)合實(shí)測(cè)塔外空氣參數(shù)、噴淋水和冷卻水進(jìn)水溫度,計(jì)算濕式蒸發(fā)冷卻塔的蒸發(fā)量、補(bǔ)水量和排污量[48]。

        1)循環(huán)水蒸發(fā)量:

        式中:Ma為進(jìn)塔空氣的質(zhì)量流量,kg/s;dj和dc分別為進(jìn)、出塔空氣的含濕量,kg/kg。

        2)循環(huán)水補(bǔ)水量:

        式中:Qw為循環(huán)水的風(fēng)吹損失量,kg/h;Qp為循環(huán)水排污量,kg/h。

        3)循環(huán)水排污量:

        式中M為循環(huán)水的濃縮倍率。

        3.2 蒸發(fā)量和補(bǔ)水量精確計(jì)算的應(yīng)用

        以復(fù)合式閉式冷卻塔為例,根據(jù)上述盤(pán)管換熱器和填料層的熱質(zhì)交換模型,精準(zhǔn)計(jì)算出塔空氣溫度和含濕量,結(jié)合式(13)—(15)求解循環(huán)水蒸發(fā)量和補(bǔ)水量。計(jì)算的基本參數(shù)如下:冷卻水進(jìn)水溫度為42 ℃,噴淋水進(jìn)水溫度為30 ℃,進(jìn)塔風(fēng)量為75 900 m3/h,冷卻水量為100 m3/h,噴淋水量為90 m3/h,濃縮倍率為5。盤(pán)管換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸如下:盤(pán)管結(jié)構(gòu)為橢圓管錯(cuò)排,單排管長(zhǎng)為5 m,橢圓長(zhǎng)、短軸分別為0.031 8、0.021 6 m,縱向間距為0.047 m,管排數(shù)為8,每排管根數(shù)為80,填料的長(zhǎng)、寬、高分別為1 m。

        進(jìn)塔空氣干球溫度從20 ℃提高到34 ℃,間隔為2 ℃,相對(duì)濕度為60%,根據(jù)濕式蒸發(fā)冷卻熱質(zhì)交換模型計(jì)算出塔空氣溫度、含濕量、循環(huán)水蒸發(fā)量和補(bǔ)水量,結(jié)果如表1所示。

        由表1可知:在進(jìn)塔空氣相對(duì)濕度恒定為60%時(shí),進(jìn)塔空氣干球溫度14 ℃的變化范圍所對(duì)應(yīng)的出塔空氣溫度、含濕量變化較大,由此導(dǎo)致循環(huán)水蒸發(fā)量減小近15%,在濃縮倍率恒定為5時(shí),循環(huán)水補(bǔ)水量減小近233 kg/h。在進(jìn)塔空氣相對(duì)濕度不變時(shí),隨著進(jìn)塔空氣干球溫度的提高,循環(huán)水蒸發(fā)量和補(bǔ)水量降低,且狀態(tài)點(diǎn)8對(duì)應(yīng)的循環(huán)水蒸發(fā)量、補(bǔ)水量比狀態(tài)點(diǎn)1對(duì)應(yīng)值均減小了15%。

        表1 相對(duì)濕度恒定時(shí)進(jìn)塔空氣干球溫度提高對(duì)循環(huán)水蒸發(fā)量、補(bǔ)水量的影響 Tab. 1 Influence of increasing air dry bulb temperature into the tower on the evaporation and replenishment of circulating water under constant relative humidity

        進(jìn)塔空氣干球溫度從20 ℃提高到34 ℃,間隔為2 ℃,濕球溫度恒定為18 ℃,根據(jù)濕式蒸發(fā)冷卻熱質(zhì)交換模型計(jì)算出塔空氣的溫度、含濕量、循環(huán)水蒸發(fā)量和補(bǔ)水量,結(jié)果如表2所示。

        由表2可知:在進(jìn)塔濕球溫度固定為18 ℃時(shí),進(jìn)塔空氣干球溫度14 ℃的變化范圍所對(duì)應(yīng)的出塔空氣溫度、含濕量變化較大,由此導(dǎo)致循環(huán)水蒸發(fā)量增大近50%,在濃縮倍率恒定為5時(shí), 循環(huán)水補(bǔ)水量增大近674.5 kg/h。其余參數(shù)不變,隨著進(jìn)塔空氣干球溫度的提高,循環(huán)水蒸發(fā)量和補(bǔ)水量增大,且狀態(tài)點(diǎn)8對(duì)應(yīng)的循環(huán)水蒸發(fā)量、補(bǔ)水量比狀態(tài)點(diǎn)1對(duì)應(yīng)值均增大了近48.8%。

        表2 濕球溫度恒定時(shí)進(jìn)塔空氣干球溫度提高對(duì)循環(huán)水蒸發(fā)量、補(bǔ)水量的影響 Tab. 2 Influence of increasing air dry bulb temperature into the tower on the evaporation and replenishment of circulating water under constant wet ball temperature

        因此,當(dāng)濕球溫度不變,塔外空氣的干球溫度改變時(shí),需調(diào)節(jié)循環(huán)水補(bǔ)水閥門(mén),使循環(huán)水實(shí)際補(bǔ)水量等于同一時(shí)間段計(jì)算補(bǔ)水量,避免因蒸發(fā)量減小導(dǎo)致低濃縮倍率運(yùn)行而產(chǎn)生的循環(huán)水資源浪費(fèi),同時(shí)避免因蒸發(fā)量增大導(dǎo)致高濃縮倍率運(yùn)行而產(chǎn)生的熱質(zhì)交換設(shè)備結(jié)垢現(xiàn)象。

        3.3 空氣參數(shù)計(jì)算在濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)水消霧中的應(yīng)用

        濕式蒸發(fā)冷卻塔在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,噴淋水在熱質(zhì)交換模塊外形成水膜,受熱后大量蒸發(fā),形成的濕熱空氣直接排出塔外,出塔后濕熱空氣與冷空氣混合,易形成羽霧,產(chǎn)生循環(huán)水浪費(fèi)和污染等現(xiàn)象[49]。因此,需對(duì)濕式蒸發(fā)冷卻的熱質(zhì)交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,增加消霧模塊(冷凝消霧模塊或干濕聯(lián)合消霧模塊),減少出塔熱濕空氣的含濕量。利用濕式蒸發(fā)冷卻熱質(zhì)交換模型,精準(zhǔn)求解未添加消霧模塊時(shí)的出塔空氣溫度和含濕量,結(jié)合已添加消霧模塊的熱質(zhì)交換模型,求解出塔空氣溫度和含濕量,根據(jù)塔外空氣含濕量的飽和程度決定其呈霧可見(jiàn)度的大小[50]。因此,濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)水消霧的設(shè)計(jì)和運(yùn)行,應(yīng)在精確計(jì)算其出塔空氣參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

        4 結(jié)論

        給出了盤(pán)管型、填料型及其復(fù)合型蒸發(fā)冷卻塔氣–水兩相傳熱傳質(zhì)計(jì)算公式,明確了濕式蒸發(fā)冷卻塔傳熱傳質(zhì)過(guò)程空氣參數(shù)的精確計(jì)算方法,探討了其在熱力系統(tǒng)冷端節(jié)水消霧和節(jié)能減排方向上的應(yīng)用,得到以下結(jié)論:

        1)通過(guò)濕式蒸發(fā)冷卻熱質(zhì)交換模型求解出塔空氣的溫度和含濕量,結(jié)合實(shí)時(shí)塔外氣象參數(shù)、噴淋水和冷卻水進(jìn)水溫度,計(jì)算同一時(shí)間段的循環(huán)水蒸發(fā)量、排污量和補(bǔ)水量,根據(jù)循環(huán)水蒸發(fā)量、補(bǔ)水量實(shí)現(xiàn)濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)水、補(bǔ)水的智能調(diào)控。

        2)濃縮倍率為固定值時(shí),循環(huán)水排污量取決于進(jìn)出塔空氣含濕量,結(jié)合實(shí)時(shí)進(jìn)出塔空氣含濕量、循環(huán)水蒸發(fā)量和排污量,實(shí)現(xiàn)濕式蒸發(fā)冷卻塔節(jié)能減排的智能調(diào)控,避免因低濃縮倍率排污而造成較大的循環(huán)水量損失,同時(shí)避免因高濃縮倍率排污而造成換熱設(shè)備的結(jié)垢、結(jié)污。

        3)環(huán)境空氣參數(shù)的變化對(duì)濕式冷卻塔蒸發(fā)量影響較大,濃縮倍率恒定時(shí),相應(yīng)補(bǔ)水量、排污量均有較大的變化。因此,應(yīng)根據(jù)環(huán)境氣象參數(shù)的變化,精確計(jì)算濕式蒸發(fā)冷卻塔蒸發(fā)量、補(bǔ)水量及排污量,避免運(yùn)行過(guò)程中因蒸發(fā)量變化而導(dǎo)致循環(huán)水濃縮倍率波動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生循環(huán)水資源浪費(fèi)或熱質(zhì)交換設(shè)備結(jié)垢現(xiàn)象。

        4)濕式蒸發(fā)冷卻塔出塔空氣溫度、含濕量等參數(shù)的精確計(jì)算,對(duì)于指導(dǎo)其節(jié)水消霧的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要價(jià)值。

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