冷却塔的优化设计

摘 要：通过对逆流冷却塔分析，对各部件的优化设计，提高逆流冷却塔使用效率。

关键词：冷却塔 逆流塔 循环冷却水 优化设计

目前逆流式机力通风冷却塔得到了广泛应用，在轴流风机的作用下，驱动空气从冷却塔周围依次通过进风口、淋水填料、配水系统、收水器，进入风筒，最后又将空气输送到大气中的。那么在逆流冷却塔设计中，对冷却塔填料、配水、收水器、风筒的优化设计，对冷却塔处理能力的提高，降低塔的阻力，提高风量，增加气流分配的均匀性有很大作用。

一、填料的优化设计

在冷却塔中，淋水填料的散热能力占整个冷却塔冷却能力的80%以上，所以淋水填料的优化设计在冷却塔设计中显得至关重要。淋水填料的亲水性能，直接影响冷却效果，材料亲水性好，可使水在淋水装置的整个表面得到最大程度的扩散，增加水和空气的接触面积，提高冷却效果。本公司采用一种新型填料IC-A填料，该填料主波采用梯形设计，次波采用特殊的“凸”形设计，水在填料表面能形成不断翻滚混合的三维立体水膜。这种水膜与常规薄膜填料表面形成的两维平面水膜相比，不仅停留时间较长，而且水气也实现了全方位充分接触，减小了流体边界层对传热的不利影响，使水气的传热、传质显著增强；该填料通过提高波形的复杂程度，使其比表面积比一般双梯波薄膜填料增大约25%。其冷却能力是常规双梯波填料的1.3倍以上。

淋水填料支梁选用玻璃钢方管，减小了塔的断面阻力，并且防腐性能良好。与混凝土梁作比较，由于混凝土梁的高度要远大于玻璃钢方管梁（混凝土梁的高度一般为500-700mm，玻璃钢方管梁的高度仅为70-90mm），混凝土梁后涡流区的面积也要远大于玻璃钢方管梁，经过实塔对比测试，采用混凝土梁填料架，整塔混凝土量要增加5%，热力性能下降4%。

二、配水系统的优化设计

配水系统的优化对冷却塔的冷却效果起到很大作用。配水系统的优化包括配水喷头的选择与布置、配水管道的水力计算、配水管道的材质确定。配水喷头是冷却塔配水的重要配件，流量系数大，配水不均匀系数小，强度高的配水喷头应为首选。本公司常用带有自锁装置的三溅式防松喷头，该喷头采用下喷方式，三溅式防松喷头布水，喷头材质为ABS塑料一次注塑成型，强度高，使用寿命长。系统对水力负荷具有较高的适应性，系统在运行负荷达到130%时仍可正常工作，运行负荷低至70%时整塔布水均匀性不受影响。整个配水系统使用管网状结构，稳定性好，配水均匀。主管及支管下部装有喷头，保证配水系统最低点均有泻水点，以防止设备停运时管道积水和运行时管道污物沉淀，避免配水管道进行人工清洗的麻烦，在浊度小于300ppm非粘性水质中能全天候安全运行。配水管网选用U-PVC材料，这种材料耐腐蚀性能良好，水流阻力小。

三、收水器的优化设计

收水器的优化可提高收水效率，减少气流阻力。我公司的专利产品加筋收水器，收水器片材质为PVC，采用挤拉成型工艺，是原来弧形收水器的更新换代产品，该收水器在各种工况条件下，其飘水损失

四、风筒的优化设计

选用动能回收型风筒，该风筒充分利用了气体流场均匀化理论，结合工程实践经验和实测数据而设计，内壁曲线采用椭圆曲线，与采用直线的自然扩散型风筒相比较，消除了气流脱壁现场，缩小了涡流区，使风筒中心负压区面积大幅缩小，出风口断面风速分布趋于均化，经实际应用检测，该风筒动能回收值大于30%。风筒采用模压工艺成型，外表面为含光稳定剂的光滑胶衣树脂，内表面涂树脂两遍，经压模处理保持较高光洁度以减少阻力。风筒采用T型大端面空腹筋，应力集中段和联接端埋有预制件以保证风机整体强度和运行强度。

五、冬季化冰技术的优化

在最冷月平均气温低于-5℃的地区，冷却塔的冰冻的危害是极其严重的，这些冰冻主要出现在进风口的梁、柱，淋水填料、壁板、风机叶片、塔顶和塔的四周地面，减少了冷却塔的使用寿命。这些冰冻的出现不但影响冷却塔的正常运行和巡检，降低了塔的性能，增加了员工的劳动强度，而且破坏了淋水填料、塔体，影响塔体的紧固与稳定。

造成了其他冰冻的原因如下：进风口无导流设施或导流设施不合理，在进风梁处形成“尿檐”现象，即梁下水流呈滴滴嗒嗒状态，形成像石灰岩溶洞中石乳与石笋一样的冰，进而相连形成冰柱，冰柱与冰柱相连而形成冰墙，这时就把进风口完全封住；进风柱处也因同样原因，柱周围结冰，使柱子加肥变粗，而且与进风梁下的冰帘、冰柱相连；配水系统设计不当使塔在冬季停时管道内积水，造成管道冻裂；配水喷头堵塞，使配水不均匀，局部淋水密度太小，水温降大，在填料中及填料架下产生的冰冻；经填料冷却后的循环水由于温度较低，在靠近进风窗侧与外界冷空气接触产生冰冻；集水池由于长期停用而又没有必要的排空防冻措施；进风侧集水池顶层梁设计不合理，造成冷却塔雨区淋水淋在梁上从而溅落到水池外，造成塔周围结冰；面板密封不严渗水、漏水；收水器收水效果差，造成飘水严重，滴落在塔顶平台和塔周围地面，造成结冰，若冬季仍开风机结冰更为严重。

根据北方地区的运行环境，对化冰措施作如下设计。塔进风窗上沿混凝土下部进行尖端处理，防止壁流水外涎；设计中配水系统主管及支管下部装有喷头以防止停车时管道积水和运行时管道污泥沉淀。使配水管道不存在污泥沉淀的情况，避免了配水管道进行人工清洗的麻烦，同时消除了停车时配水冰冻的隐患；采用可短时反转风机，当塔进风口存在冰幕时，使塔内气流反向流动，利用塔内热空气消除冰幕；进风口处设置化冰热管，切断冰幕。在冷却塔水池设计中，对进风侧水池顶层梁采取下沉500设计，池壁外扩，使淋水外溅现象可以得到彻底的解决。

六、结论

经过一系列的优化设计，使冷却塔达到最佳冷却效果。