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新型冷却塔国内外研究现状及发展趋势
来源: | 作者:粤良冷却塔 | 发布时间: 2020-02-07 | 16 次浏览 | 分享到:
传统风机冷却塔中电动风机的能耗巨大,随着能源供需矛盾的日趋突出,减少风机能耗刻不容缓。国内外多位学者针对目前电动风机冷却塔所存在的缺点,通过研究提出新型节能冷却塔,主要分为喷射型冷却塔以及水动风机冷却塔两种形式,如何更好的利用富余水能并改善塔内空间布置将是未来新型冷却塔研究的发展趋势。


新型冷却塔国内外研究现状及发展趋势


关键词:新型;冷却塔;研究现状

 

我国正处于经济高速发展的时期,对于能源的需求巨大,同时能源浪费也相当严重[2],然而,我国人均能源储量十分不足,能源供应形势相当紧张。冷却塔是一种空气与水进行直接或间接接触,通过蒸发以及对流的方式把水中所携带的热量散发到大气当中去的冷却装置。目前,我国工业生产部门已经建造多达3800座的大型冷却塔,年耗电量多达4.5亿千瓦时。电动风机冷却塔是石化生产企业及建筑中央空调中消耗电能的主要设备之一,然而我国冷却塔的节能技术水平相对落后,许多风机电机的选型过大,冷却塔运行能耗过高是普遍现象。因此,在目前能源紧张的严峻现实下,提高冷却塔的能效性能是一项相当紧迫的任务。

 

.传统电动风机冷却塔缺点

 

目前市场上冷却塔采用的普遍通风方式是机械通风,其存在以下缺点:

 

1)能耗大:风机直接由电机驱动,能耗为100%。另外,在冷却塔设计开始阶段,为了保证对于循环水的冷却效果,一般会在计算结果的基础上加上10%左右的余量。同时,水泵选型时也会存在一定富余,这样就造成了能量的浪费。

 

2)噪声大:由于风机电动机以及减速箱的存在,冷却塔的噪声和震动会增大,对周边环境会造成严重的噪声污染。

 

3)维修量大、费用高:风机与电机之间连接装置是减速器,这样的方式便使系统复杂性会有所增加,所以故障点也会增加;另外,电机与减速器等设备在高温高湿的环境当中容易发生高温腐蚀、短路烧毁、打滑、漏电、磨损等故障。由此可见,维修量大而且费用不低。

 

4)冷效差、效率低:传统电动风机的转速一般是固定的,它并不会随着水流量的变化而变化,风量也是如此。然而对与冷却塔来说,外部环境确是在随时变化的,这样就会造成系统无法稳定在达不到最佳气水比,在效率低情况下造成能源浪费。

 

由此可见,进一步研究系统特性,开发新型冷却塔将是今后冷却塔节能技术发展的重要方向之一。

 

.新型冷却塔国内外研究现状

 

目前在冷却塔节能方面,主要研究方向主要集中在两个方面:

 

其一是喷射型冷却塔,即利用提升水泵将循环水泵送至喷嘴,经由喷嘴向上喷淋,空气都是由冷却塔的底部进入,在风机的作用由下向上流动,与喷出的热水形成汽水混合物,从而进行换热[1]

 

国内外多位学者针对喷射型冷却塔的相关性能做了研究。在国外,无填料喷雾冷却塔的最初形式由美国Baltimore Aircoil公司在70年代初研制出[2],这是一种自然通风的冷却塔,塔内没有填料层,基本结构类似于在空调工程中广泛应用的喷淋室,由于水流的喷射作用将冷却塔内外压力差改变,塔外空气便被诱导进入塔内,在与水雾直接接触并发生热湿交换的过程当中,将循环水冷却。Satoshi Yajima[3]通过实验的手段对无填料喷雾冷却塔冷却性能与湿球温度以及空气流动之间存在的关系的进行了测试。

 

在国内,宁夏大学机械工程系贺华博士[4]针对喷射型冷却塔的发展过程进行了介绍,并在结构和冷却效果方面与传统冷却塔的进行了比较。针对喷射型冷却塔结构上的一些缺点,提出几点改进思路。例如,充分利用塔内的有效高度、减少喷头数量并提高喷头效率、利用水流喷射技术等。上海交通大学刘震炎博士[5]运用数值模拟的方法研究了无填料喷雾式冷却塔内水滴的运动规律以及气水之间的热质交换的问题,并用数值模拟得到的结果对实验研究以及理论分析做以指导,以实验和理论分析的结果为基础,设计了上喷式无填料冷却塔,这一套系统的研究内容对无填料冷却塔设计以及实际运行具有指导意义。

 

其二是水动风机冷却塔,即以水力进行驱动的风机,而不是传统用电力进行驱动。目前,在水动风机冷却塔中,普遍是以水轮机取代传统的电机作为风机的动力源,系统富余水能即作为水轮机的工作动力。其工作原理是上塔热水经过水轮机并带动其旋转,水轮机输出轴与风机直接相连,从而带动风机进行旋转;通过水轮机的循环水在剩余动能和势能的作用下再流向布水器,完成布水[6]

 

自首次提出水动风机的概念以来,将其应用于冷却塔已经有不少先例,国内的水动风机冷却塔市场经过逐步的发展,逐渐出现了一些专业生产研究水动风机冷却塔的企业以及公司。目前虽然存在很多生产水动冷却塔的单位,但却是良莠不齐。虽然水动冷却塔理论是由张飞狂本人提出,但他研制的双击式水轮机在应用于很多冷却塔的改造之后已经出现了一些问题,例如振动严重和风机转速达不到等,以致达不到良好的冷却效果。

 

在对水轮机式冷却塔的研究方面,上海宝钢工程技术有限公司的金亚飚通过水动风机冷却塔的工作原理以及循环冷却水系统的能耗分析,简单的分析和探讨水动风机冷却塔应用在工业循环冷却水系统的条件。华北水利水电学院阳莉硕士在CFD理论与的技术在发电水轮机流场分析研究成果基础上,对某一冷却塔当中超低比转速的混流式水轮机流场进行了数值模拟分析,总结了该水轮机每个部件内不同的流动特点以及各过流部件造成的水力损失,并与该水轮机的理论分析结果进行对比,得出冷却塔水轮机当中导叶与蜗壳由于流速过高所引起的水力损失占总损失的比例很大。最后分析了不同导叶、不同的包角等水力参数对于冷却塔内水轮机流场流动特性的影响,并对这些参数对其转轮效率、转轮损失、水轮机效率的影响进行了总结。

 

.结语

 

目前,国内外新型冷却塔主要包括喷射型冷却塔及水动风机冷却塔,但是这两种仍存在一些缺陷,例如:喷射型冷却塔的应用范围基本集中在民用空调方面,由于其需要对塔内结构进行改造,所以对于已经建造好的冷却塔实施起来会存在一定的困难;水轮机式冷却塔,水轮机则会存在汽蚀的情况;塔的上部有风机,水轮机和布水装置等,占据塔内空间较大,维护费用也大等。所以,对于新型冷却塔的研究应该更深入的进行,如何更好的利用富余水能并改善塔内空间布置将是未来新型冷却塔研究的发展趋势。

 

 

 

 

               

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