工廠工業(yè)大型玻璃鋼冷卻塔,工廠工業(yè)大型烤爐

在大多數(shù)工業(yè)廠房的大型玻璃鋼冷卻塔中，冷卻水與空氣直接接觸。冷卻水通過塔內(nèi)的噴淋管和噴嘴系統(tǒng)泵送，并在重力作用下被吸入下方的水池中。來自大氣的空氣進入塔底并流過下降的水。塔的整個橫截面都裝有“填料”，以確保水下降時空氣有較大的表面積。水以薄膜形式流動或飛濺，并遍布整個塔的橫截面，以確保水在下降時向空氣呈現(xiàn)較大的表面積。當空氣在表面之間流動時，水以薄膜形式流動或飛濺并滴落在填充表面上。根據(jù)特定的設(shè)計，空氣可能主要向上流動（逆流）或水平流動（橫流）。隨著水溫降低，空氣溫度升高。在大多數(shù)水塔中，水與空氣直接接觸，傳熱的“驅(qū)動力”不是局部溫差，而是局部熱函差。即，差值 (hS – hG)，其中 hS 是飽和空氣在水/空氣界面局部溫度下的比焓，hG 是濕空氣的比局部體積焓。從水到空氣的局部熱通量是該驅(qū)動力與具有質(zhì)量通量單位的經(jīng)驗系數(shù)的乘積。這比局部溫差是驅(qū)動力的情況大幾倍，如在“干式”熱傳遞的情況下，流體被固體壁隔開并且沒有蒸發(fā)發(fā)生。

對于各種工業(yè)廠房，熱量必須以某種方式從工廠轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境。有時這是通過與空氣的直接對流來實現(xiàn)的，例如在風冷內(nèi)燃機中。更經(jīng)常地，使用水流，即“冷卻水”。如果工廠靠近河流、湖泊或海洋，可以為其提供大量低溫冷卻水，然后返回到更高溫度的冷卻源。然而，工廠選址通常受其他因素控制，例如原材料、煤炭的位置。附近可能有河流或湖泊，但進一步提高水溫可能是不可接受的。在這種情況下，冷卻水本身必須在使用后通過向大氣傳熱進行冷卻，然后返回工廠重新使用。玻璃纖維冷卻塔正是為此目的而設(shè)計的：將熱量從冷卻水流傳遞到大氣中。

通過大型玻璃纖維冷卻塔的氣流可以通過兩種方式產(chǎn)生：自然通風或機械通風。在自然通風塔中，填充區(qū)域位于實際上是大煙囪的底部內(nèi)部（圖 2）。與溫暖的冷卻水接觸后，填料上方的空氣密度比大氣低約 5%。 “煙囪”中的空氣與外部空氣之間的重量差提供了克服阻礙氣流通過塔的壓力損失的驅(qū)動力。選擇這種塔的典型“雙曲線”輪廓（如圖 2 所示）主要是出于結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟原因——它比普通圓柱形外殼更能抵抗風致應力和振動，并且需要更少的材料。

機械通風塔使用由電動機驅(qū)動的風扇來產(chǎn)生氣流。當風扇位于塔底部的進氣口時，塔被稱為“強制通風”。當風扇位于塔頂?shù)某鲲L口時，會產(chǎn)生“引風”。離心風機和軸流風機都可以使用，但軸流風機通常帶有引風機。

總結(jié)了自然通風塔和機械通風塔的相對優(yōu)點。在某些情況下，“輔助通風”塔形式的經(jīng)濟折衷是自然通風塔，自然通風塔在通風口底部安裝了風扇，塔的尺寸比沒有通風塔小得多扇子 。

在大多數(shù)大型 FRP 冷卻塔、直接接觸塔或上述類型的“濕式”塔中，大約 1% 的水流量通過細小水滴的蒸發(fā)和空氣夾帶損失到大氣中。 （較大的液滴被“除水器”攔截，通常是一系列板條覆蓋噴水滅火系統(tǒng)上方塔的整個橫截面。）這種損失必須由外部供應來替代并保持集中。水中的鹽分含量低得可以接受，補充水的供應量可能必須在 3% 左右。在某些地方，提供這樣的數(shù)量可能太困難或太昂貴，“干燥”塔可能是經(jīng)濟的。

在干燥塔中，水與空氣不直接接觸，不會因蒸發(fā)而損失水分。實際上，填料被換熱器取代，其中金屬壁將兩股氣流隔開。干塔可以是自然塔、機械塔或輔助塔。但通過蒸發(fā)消除水分損失的代價很高。蒸發(fā)冷卻效應也被消除，估計達到相同冷卻能力所需的空氣流量必須是濕塔的三倍或更多倍。所以塔必須更大更貴。此外，塔的熱交換器組的生產(chǎn)成本將高于相應的填料。 “濕-干”塔已被提議作為濕式塔和干式塔之間的折衷方案。

包裝使用了多種材料和幾何設(shè)計：由水泥基或塑料制成的瓦楞屋頂板；橫截面為三角形或矩形的木條；由材料制成的復雜蜂窩幾何形狀。 [辛厄姆 (1990)； Hill、Pullin 和 Osborne (1990) 以及 Johnson (1990)]

所有提議的 FRP 冷卻塔都可以通過列出以下五個數(shù)量的值來指定：所需屬性：

水的質(zhì)量流量；

水的入口溫度；

水的出口溫度；

大氣濕球溫度；

大氣壓假定為標準大氣壓，特殊情況除外?？諝獾馁|(zhì)量流量沒有規(guī)定，確定它的值是設(shè)計者的首要任務。為了預測現(xiàn)有塔的性能，必須確定空氣的質(zhì)量流量代替上表中的出口水溫。默克爾方程允許對擬建和現(xiàn)有塔樓進行計算。將上述變量與與擬議或現(xiàn)有填料的傳熱性能相關(guān)的變量相關(guān)聯(lián)。它基于均勻的一維逆流，但可以適應其他條件，方程可表示為：

hw = 水在任何水平的比焓；

hG = 在同一水平下的大量濕空氣的比焓；

hS = 在與水相同溫度下的飽和空氣的比焓；

=單位面積水的質(zhì)量流量；

=單位面積潮濕空氣（“氣體”）的質(zhì)量流量；

NTU = "包的傳輸單元數(shù)”。

IM 的數(shù)量，由等式定義。 (2)是冷卻要求的量度。由 Eq. 定義的數(shù)量 Ip。 (3)是衡量包裝性能的指標。默克爾的等式（1）要求它們相等。

IM的水/空氣質(zhì)量流量比的任意值都可以通過指定上述五個設(shè)計量以及水和濕空氣的焓特性數(shù)據(jù)來評估。所選填料的性能（表示為 Ip）也是流量比的經(jīng)驗函數(shù)。因此，這兩個量的相等性允許根據(jù)默克爾方程找到流量比。由于指定了水質(zhì)量流量，因此現(xiàn)在無需塔設(shè)計的其他詳細信息即可知道空氣質(zhì)量流量。這適用于自然通風塔和機械通風塔，但其余設(shè)計過程取決于所考慮的塔類型。對于自然通風的塔，塔的高度和橫截面積必須使得在現(xiàn)在已知的空氣流量下估計的壓力損失之和等于由于溫暖潮濕空氣的浮力而產(chǎn)生的驅(qū)動壓力差.對于機械通風塔，必須選擇風機來提供以下動力：對于已知的空氣流量，壓力上升等于估計的壓力損失。

任何滿足這些傳熱和壓力損失要求的設(shè)計在技術(shù)上都是有效的。可以有無數(shù)種設(shè)計，在形狀、高度、截面積、包裝類型、包裝深度等方面各不相同。最終選擇是在考慮經(jīng)濟、環(huán)境和操作因素后做出的，通常是綜合考慮一些成本優(yōu)化程序。

對于現(xiàn)有的塔，需要稍微不同的計算過程。目標是確定上面列表中的第三個變量的值（出水溫度）對于任何一組可能感興趣的其他四個變量。第一步是通過匹配自然通風塔的浮力和壓力損失來確定空氣質(zhì)量流量；或機械通風的風機壓力升高和壓力損失。由于水的質(zhì)量流量已知（指定），因此可以計算水/空氣質(zhì)量流量比，并從已知的填料特性中獲得 Ip。最后一步類似于上面概述的步驟：最后，通過實驗找出將導致 IM 達到所需值的出水水溫值。

一個公認的事實是，真實塔中的空氣和水流與設(shè)計和分析中通常假設(shè)的均勻一維流動相去甚遠?？梢酝ㄟ^引入校正因子來解決差異，該校正因子的值是根據(jù)色譜柱上的滿量程測試數(shù)據(jù)估算的。此類數(shù)據(jù)供不應求，即使有，修正的有效性仍存疑；根據(jù)合同條款，一些“過度工程”可能是謹慎的。另一種方法是回到流體力學、傳熱和傳質(zhì)的基本方程，并借助計算流體動力學 (CFD) 技術(shù)推導出數(shù)值解。這些解決方案原則上可以用作設(shè)計的唯一基礎(chǔ)。或者它們可用于修改和改進現(xiàn)有的更簡單的方法。

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