冷却塔布置中湿空气回流干扰的计算

张琳
（中国电子工程学院，北京210094）

　　摘　要：由于湿空气的回流和干扰，造成对冷却塔周围气象参数的影响。设计中若不对回流和干扰的影响进正，将影响冷却塔计算的准确性。通过设计实例介绍了温空气的回流和干扰对气象参数影响的修正方法。
　　关键词：冷却塔；湿空气；空气回流
　　中图分类号：TU991.42
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2002）03－0041－03

1 问题的提出

　　在一些工业项目的改扩建中一方面因工程扩建，循环冷却水量增大；另一方面，利用原有建筑扩建，面积受到限制。冷却塔成组布置时会引起湿空气回流，使冷却塔的冷却效果下降。
　　湿空气对冷却塔的影响分回流和干扰两部分。回流是指进人冷却塔的空气中混入一部分本塔排出的湿热空气。如图1所示[1]。

　　图1中表示由于自然风的作用，在背风侧形成的回流。无自然风时，由于进风口处的吸力，也可形成回流，但比有风时要弱。
　　干扰是指人塔空气中混人一部分从附近其他的塔排出的湿热空气。这些湿热空气被吸入塔内，使进人冷却塔空气的焓热量增加，冷却塔本身的效果降低。如图2所示。

　　当冷却塔为组合多格布置时，回流和干扰同时存在，所以要预先计算湿空气回流和干扰对冷却塔的影响，以便修正进入冷却塔的气象参数。

2 湿空气的回流干扰

2.1 进塔空气的焓和含湿量的修正
　　 湿热空气回流的影响计算如下：设大气热焓为i1，考虑回流因素，按回到冷却塔内的空气和水的热平衡关系建立方程：
　　

　　 式中：C——进塔空气总量，kg／h；
　　　　　Gr——回流空气量，kg／h；
　　　　　i1、x1——分别为进塔空气的烙和含湿量，kJ/kg和kg／kg；
　　　　　i2、x2——分别为回流空气的焓和含湿量，kJ／kg和kg／kg；
　　　　　i1、x1′——考虑回流混合进塔空气的焓和含湿量，kJ／kg和kg／kg；
　　　　　Gr/G称为循环率（或回流系数），用Rc表示。

　　式中Ψ、Pn分别为空气的相对湿度和水蒸气的分压力，可查表计算。
　　由于水所放出的热量全部被空气所吸收，由如下平衡关系可知：
　　G(i₂-i₁′）＝Q（t₁-t₂)+Qut₂ (6)
　　式中：O为蒸发水量，并与热负荷成正比，其值为
　　Qu=0.00085Q(t₁-t₂) (7)
　　由公式（3）、公式（6）、公式（7）可得修正后的空气焓的计算公式为^[2]：
　　i₁′＝i₁[Rc/(1-Rc)](Q/G)](t₁-t₂)(1+0.00085t₂)=i₁+(1+0.00085t₂)[RC/(1-Rc)][△t/λ］　　　（８）
　　而i1=1.00488θ+0.622×（2491.265+1.968θ)[ψPn″/（P-ψPn″） （9）
　　式中：λ为气水重量比。
　　由Qu=G(x₂-x₁′)和公式(4)可得修正后的空 气含湿量的计算公式为：

　　x1′=x1+[Rc/(1-Rc)(Q/G)(t1-t2)×0.00085=x1+[(0.00085Rc/(1-Rc)](△t/λ］ (10)

2.2 塔群长度和塔距的修正
　　由冷却塔塔群长度引起的对冷却塔回流和干扰影响的计算，其中再循环率或回流系数Rc一般按下式计算^[1，3]： 　　　　　　　　Rc=0.22ι/（1+0.012ι)% (11)
　　式中：ι——冷却塔的总长度，m。
　　②由冷却塔塔距引起的对冷却塔的回流和干扰，其回流系数为Ｒe。
　　美国冷却塔协会（CTI)根据实测数据归纳出冷 却塔最大回流系数和塔距的函数关系^[4]：

　　Re=[0.073L/(1+0.004L)]% (12)

　　式中：Re——回流系数；Re＝Ge／G；
　　　　　　Ge——回流空气量，kg／h；
　　　　　　L——塔间距，m。

3 计算实例

　　下面以某厂动力改造项目为例，计算回流和干扰对气象参数的影响。冷却塔布置见图3。
　　已知条件：塔群长度ι＝17.16m，塔群间距L＝5m，进水温度t1=38℃，出水温度t2＝33℃，温差△t＝5℃，干球温度θ1=37℃，湿球温度τ₁=26.8℃，大气压P＝0.098MPa，冷却水量Q=1200m³／（h.·组）（τ＝27℃，t₁＝38℃，t2= 33℃），风量G＝1690m³／（min·台），台数二6台／组。
　　求：考虑回流和干扰，混合进塔空气的烙和含湿量及修正后的干球和湿球温度即i₁′和x₁′及θ₁′和τ₁′解法如下：
3.1 塔群长度引起的回流和干扰对气象参数的修正
　　①根据公式（11）得回流系数Rc

　　Rc=(0.22ι/1+0.012ι)%=(0.22×7.16)/(1+0.012×17.16)%=3.7752/1.2059%=3.13%

　　②根据τ1=26.8℃，θ1＝37℃，查空气相对湿度计算表，得进塔空气相对湿度ψ1=0.45 ；
　　③根据P=0.098MPa，θ1＝37℃，ψ1=0. 45，查饱和水蒸气压力表，得 Pn″＝0·006612MPa。
　　进塔空气的比重为：
　　
　　⑤根据P=0.098 MPa，θ1＝37℃，ψ1＝0.45，查空气含热量计算图得
　　　i₁=87.09(kJ/kg)
　　⑥计算进塔空气含湿量
　　　x1=0.622[ψPn″/（P-ψPn″）]
　　　　=0.622×[（0.45×0.006612)/(0.098-0.45×0.006612)]
　　　　=0.019485(kg/kg干空气）
　　⑦ 考虑回流混合进塔空气的焓
　　　i1′=i1+[Rc/(1-Rc)](t1-t2)(1+0.00085t2)×4.187
　　　　　=i1+(1+0.00085t2)[(Rc/(1-Rc)][△t/λ]×4.187
　　　　　=87.0896+(1+0.00085×33)[0.0313/1-0.0313]×(5/0.524)×4.187
　　　　　=88.4294(kJ/kg)
　　⑧考虑回流混合进塔空气的含湿量
　　　x1′=x1+[Rc(1-Rc)(Q/G)(t1-t2)×0.00085
　　　　　=x1+[0.00085Rc/(1-Rc)[△t/λ]
　　　　　=0.0195+[(0.00085×0.0313)/1-0.0313]×(5/0.524)
　　　　　=0.0198(kg/kg)
　　⑨根据P=0.098MPa，θ1′=37.58℃，ψ1=0.45，查空气相对湿度计算图得，τ1′=27.5℃。即由于湿空气的回流导致进塔空气湿球湿度升高△τ=27.5-26.8=0.7℃。
3.2 塔间距引起的回流和干扰对气象参数的修正
　　①根据公式（12）
　　　　　Re=[0.073L/(1+0.004L)]%=[(0.073×5)/1+0.004×5)]%=0.36%
　　② 考虑干扰混合进塔空气的焓
　　i1′=i1+[Rc/(1-Rc)](Q/G)(t1-t2)(1+0.00085t2)×0.418
　　　　=i1+(1+0.00085t2)[Rc/(1-Rc)](△t/λ)×4.187
　　　　=87.09+(1+0.00085×33)[0.0036/(1-0.0036)(5/0.524)×4.187
　　　　=87.2361(kJ/kg)
　　③考虑干扰混合进塔空气的含湿量
　　
　　⑤根据P=0.098MPa，θ1′=37.03℃，ψ1=0.45，查空气相对温度计算表，得τ1′=27.0℃。△τ=0.2℃。
　　⑥湿球面三角形温度总修正值
　　　　　∑△τ=0.7+0.=0.9℃
　　修正后的湿球温度
　　　　　τ1′=26.8+0.9=27.7℃
　　⑦干球温度总修正值
　　　　　∑△θ=0.58+0.03=0.61℃
　　修正后的干球温度θ1′=37.61℃
　　设计时所采用的冷却塔入口混合气象参数为：
　　　　　θ1′=37.61℃,τ1′=27.7℃,ψ1=0.45。

4 结论

　　根据以上计算可见，由于湿空气的回流和干扰，造成对冷却塔周围气象参数的影响，实际气象参数比原来提高了很多，于球温度提高0.61℃，湿球温度提高0.9℃，如不加以重视，将使冷却塔的冷却效果受到影响。

参考文献：

　　[1] 赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1994.
　　[2] 李德兴.冷却塔[M].上海：上海科学技术出版社，1981.
　　[3] N P彻雷密西诺夫，P N彻雷密西诺夫.凉水塔[M].北京：石油工业出版社，1984.
　　[4] GBJ102－87.工业循环水冷却设计规范条文说明［S］；

　　作者简介：张琳（1967－），女，北京人，高级工程师，从事电子行业给排水设计，1991年毕业于清华大学环境工程系，学士学位，电话（010）68207632。