| 隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 能源短缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重.循環(huán)冷卻水在工業(yè)用水中普遍使用, 是能源消耗的重點(diǎn)域.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 我國(guó)循環(huán)水每年耗電約300~450億kW·h[1].冷卻塔是冷卻水循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備, 也是循環(huán)水耗能的重要部件.在要求節(jié)能減排的大背景下, 冷卻塔自身的節(jié)能刻不容緩.我國(guó)冷卻塔行業(yè)起步比發(fā)達(dá)國(guó)家晚, 但發(fā)展迅速, 與國(guó)外相比差距逐漸縮小, 特別是近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在填料、散水裝置及風(fēng)機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用, 使得冷卻塔的研究創(chuàng)新方面得到較快發(fā)展, 這也為冷卻塔的節(jié)能提供了保障.本文從以下幾個(gè)方面分析冷卻塔節(jié)能中仍有待加強(qiáng)的工作:通過(guò)的科技手段如數(shù)值模擬方法推動(dòng)冷卻塔節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì); 對(duì)已有冷卻塔中影響換熱能力的零部件進(jìn)行挖潛改造或替換; 加強(qiáng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的科學(xué)管理, 如冷卻塔的控制及循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)處理等, 優(yōu)化配置, 著眼長(zhǎng)遠(yuǎn), 實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的能源節(jié)約.1 依靠數(shù)值模擬技術(shù)推動(dòng)冷卻塔節(jié)能近年來(lái), 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 數(shù)值模擬與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 許多冷卻塔生產(chǎn)廠家已開始或嘗試采用計(jì)算機(jī)流場(chǎng)模擬手段對(duì)冷卻塔開展分析和計(jì)算, 并在冷卻塔的諸多細(xì)節(jié)中考慮采用節(jié)能措施, 提高冷卻塔效率.比如, 針對(duì)動(dòng)能回收風(fēng)筒、氣室導(dǎo)流、均勻布水系統(tǒng) (包括噴嘴的篩選)、低能耗高效率填料的篩選、佳進(jìn)風(fēng)高度的確定、水泵揚(yáng)程的優(yōu)化選擇以及降低濕空氣回流率以提升冷卻塔運(yùn)行效果等進(jìn)行研究.采用微觀研究方法可快速、直觀地描述研究對(duì)象的狀態(tài), 包括溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、分子擴(kuò)散軌跡等.這樣就可以針對(duì)性地采取各種方法, 促進(jìn)冷卻塔節(jié)能.1.1 確定高效率填料及其運(yùn)行的合適區(qū)間淋水填料是冷卻塔的核心部件, 是冷卻塔中空氣與熱水進(jìn)行熱質(zhì)交換的主要場(chǎng)所, 其熱力性能和阻力性能直接影響冷卻塔的冷卻效果, 也是間接體現(xiàn)能耗高低的關(guān)鍵部件, 因此要充分掌握高效填料的應(yīng)用條件.一般來(lái)說(shuō), 高效填料的散質(zhì)系數(shù)大, 比表面積大, 但是其阻力小, 能耗低.對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類填料的熱力特性發(fā)現(xiàn), 雖然它們都是薄膜式填料, 單位體積的密度相近, 比表面和孔隙率也相近, 僅細(xì)節(jié)部分的構(gòu)造有所區(qū)別, 但熱力特性相差較大.性能高的填料完成相同的設(shè)計(jì)任務(wù), 所需的氣水比小, 風(fēng)機(jī)耗功少.除了繼續(xù)開發(fā)新的填料品種外, 也要注重開發(fā)現(xiàn)有填料的潛力, 改進(jìn)試驗(yàn)裝置及方法.在進(jìn)行熱力測(cè)試的同時(shí), 對(duì)不同淋水密度和風(fēng)速下的填料特性給予區(qū)分, 并針對(duì)不同的氣象條件與不同的運(yùn)行區(qū)間加以論證, 這樣填料的特性才能在實(shí)踐中得到充分有效的運(yùn)用.不應(yīng)在冷卻塔的設(shè)計(jì)時(shí)不顧其運(yùn)行的邊界條件和氣象條件、進(jìn)出水水溫等, 將熱力特性方程βxv=Bgmqn, Ω=Aλm1[2]中的系數(shù)A和B均作為常數(shù)考慮, 其中:βxv為容積散質(zhì)系數(shù); m、m1、n均為試驗(yàn)常數(shù), 不同冷卻塔均有各自的常數(shù); g為空氣質(zhì)量流量; q為冷卻塔的淋水密度; Ω為冷卻數(shù); λ為氣水比.另外, 實(shí)際冷卻塔中的配水條件和配風(fēng)條件與實(shí)驗(yàn)室的條件不盡相同, 所以設(shè)計(jì)出的冷卻塔不能充分發(fā)揮出填料特性, 結(jié)果導(dǎo)致冷卻塔在運(yùn)行中難以達(dá)到節(jié)能效果.1.2 研究并模擬散水系統(tǒng)冷卻塔的散水系統(tǒng)通常包括主管、支管、噴嘴等.研究散水系統(tǒng)除了追求噴嘴的均勻性外, 還要考慮復(fù)合布置時(shí)噴嘴布水的均勻性, 以及噴嘴的散水壓力.目低壓力噴嘴的工作水壓一般在1.0~3.0 m.改善冷卻塔布水的均勻性, 對(duì)噴嘴的合理布置設(shè)計(jì)特別重要.冷卻塔良好的熱力特性和布水均勻性密不可分.布水均勻性不好, 復(fù)合分布的評(píng)價(jià)系數(shù)均方差σ就大, 那么冷卻塔高效與節(jié)能就無(wú)從談起.目可以利用計(jì)算機(jī)CFD (computational fluid dynamics) 模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的手段, 提高噴嘴分布的均勻性, 從而明顯縮短布水均勻性的驗(yàn)證時(shí)間, 提升效率.1.3 采用模擬手段改善冷卻塔流場(chǎng)冷卻塔內(nèi)空氣流動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)的通道十分復(fù)雜, 如氣流經(jīng)過(guò)入口轉(zhuǎn)彎、淋水填料入口與出口的突然收縮和擴(kuò)大、收水器中氣流轉(zhuǎn)折及氣液分離、風(fēng)筒入口和出口的轉(zhuǎn)彎變化等過(guò)程.氣流的急劇變化使得流動(dòng)的阻力加大, 冷卻塔風(fēng)機(jī)靜壓增大, 還有流速的驟變更易引起氣流分離等問(wèn)題.這種現(xiàn)象使得冷卻塔耗能增加, 塔內(nèi)風(fēng)速分布不均勻.比如, 模擬研究發(fā)現(xiàn), 一定條件下氣流在冷卻塔流場(chǎng)中的壓力比在5~8時(shí), 就要設(shè)計(jì)導(dǎo)流檐[3], 否則入口氣流的渦流, 有時(shí)會(huì)造成通過(guò)塔壁周圍填料的風(fēng)速僅為整個(gè)冷卻塔填料平均風(fēng)速的20%, 而這部分填料面積約占整個(gè)填料面積的10%~20%.于是這些填料難以充分發(fā)揮散熱作用, 熱力性能就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求.流場(chǎng)模擬時(shí)可以通過(guò)模擬流體的流動(dòng)、換熱等物理現(xiàn)象, 在較短的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)冷卻塔內(nèi)的流場(chǎng), 為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo), 并為設(shè)計(jì)提供參考.模擬后通過(guò)較少的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 即可獲得更為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù), 使得空氣流在冷卻塔內(nèi)的流道合理緊湊, 零部件的阻力進(jìn)一步減小, 使冷卻塔節(jié)能技 |
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