（机械工程专业论文）氯碱厂循环水系统冷却塔结构设计及风机振动状态监测.pdf

浙江工业人学硕上学位论文 d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oz h e j i a n gu n i v e r s i t yo f1 e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e r t h e c o o l i n gt o w e r s t r u c t u r a ld e s i g na n df i a n v i b r a t i o n c o n d i t i o nm o n i t o r i n 20 fc h l o r a l k a l iv l d r a t l o n c 0 n c i l n o nm o n l t o r l n 20 lu n i o r a i k a n p l a n tc i r c u l a t i n gw a t e rs y s t e m c a n d i d a t e ：f a n gy i n g 1l a n v l s 0 r ：s u nl l a n n u l 、n uw a n m l n 2 c o u e g eo fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g z h e j i a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y a p r i l 2 0 1 0 浙江工业大学 学位论文原创性声明 奉人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作h 重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 云哦 日期：矽f 睥够月，罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并l 句国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 ( 请在以上相应方框内打“小) 作者签名： 导师签名： 日期：加l 唪啦月，c 7 日 ，7 日期：训妒年眵月硼日 浙江工业大学硕士学位论文 氯碱厂循环水系统冷却塔结构设计 及风机振动状态监测 摘要 现代氯碱企业生产装置逐渐向大型化、复杂化、精密化、自动化方向发展， 冷却塔是氯碱厂基本设备之一，合理选型是冷却塔设计至关重要的一个环节。同 时，为了保证正常生产，在冷却塔运行过程中采用在线状态监测，能及时或预先 判断出冷却塔的多种故障，并根据监测数据判断出故障原因及采取措施。 本文的主要工作和成果如下： 1 结合氯碱厂厂区气象条件、循环水水质参数，选用薄膜式机械抽风逆流冷却 塔。 2 针对氯碱厂冷却塔设计技术条件，采用焓差法进行热力性能计算，同时进行 阻力性能计算。根据计算结果及国内外冷却塔技术和市场状况，对冷却塔内主要 部件进行设计和选型。 3 针对圆锥型风筒阻力损失大等缺点，本文( 设计) 采用动能回收型风筒，该 风简气流动能损失少、动能回收高且风机工作面气流均匀，实际应用效果良好。 4 针对传统收水器收水效率低、收水阻力大、飘滴率大等缺点，本文( 设计) 采用正弦波j 5 型改性p v c 材质的加筋收水器，收水效率达9 9 以上。 5 冷却塔的关键部位是风机，本文( 设计) 使用在线监测系统和h v l 0 6 巡检 仪对风机振动监测，通过监测数据及时对风机故障进行判断和排除，对安全生产 和设备维护都具有十分重要的意义。 全文结合国内外冷却塔技术和市场状况，并根据冷却塔计算结果，完成了冷 却塔塔内主要部件的设计和选型；通过实测的冷却塔风机的振动频谱图对风机进 行故障分析和排除。提高冷却塔的效率且使之更节能，使相同的淋水面积及能耗 的冷却塔有更大的出力是冷却塔今后的发展方向。 关健词：冷却塔，设计，风筒，风机，状态监测 浙江工业人学硕：f ：学位论文 t h ec o o l i n gt o w e rs t r u c t u r a ld e s i g n a n df a nv i b r a t i o nco n d i t i o nm o n i t o r i n g o fc h l o r a l k a l ip l a n tc i r c u l a t i n g v 沁e rs y s t e m a b s t r a c t m o d e n lc h l o r a l k a l ip r o d l l c t i o np l 觚t 粤a d u a l l yt ol a r g e - s c a l e ，c o m p l e x ，p r e c i s i o n a n da u t o m a t i o nd i r e c t i o i l m ec o o l i n gt o w e ri so n eo ft l l eb a s i ce q u i p m e n tc _ m o r - a l k a l i p l a n t ，r e a s o n a _ b l es e l e c t i o no ft l l ec o o l i n gt o w e rd e s i g n ，ac m c i a lp a r t a tm es a m et i m e ， i no r d e rt oe n s u l r en o n n a lp r o d u c t i o n 锄do p e r a t i o np r o c e s si nt 1 1 ec o o l i n gt o w e ru s e di n o n l i n ec o n d i t i o nm o m t o r i n g t i m e l yo rp r e d 酏e n t l i n eav a r i e t yo fc o o l i n gt o w e rf a i l u r e s a 1 1 d ，b a s e do nm o n i t o r i n gd a t at od e t e n n i n eac a u s eo ft h em a l 劬c t i o na n dt d k e m e a s u r e s t h em a i n w o r ka n da c h i e v e m e n t so fm i sp a p e ri sa sf b u o w s ： 1 c o m b i n a t i o no fc l l l o r - a l k a l ip l a n tf a c t o r yw e a m e rc o n d i t i o l l s ，c i r c l l l a t i n gw a t e r q u a l n yp a r a m e t e r s ，s e l e c t i o no ff i l m - t y p ec o o l i n gt o w 既 2 f o rm ec h l o r - a l k a l ip l a l l t c o o l i n gt o w e rd e s i 盟觚dt e c l l l l i c a lc o n d i t i o i l s ，邯i n g d i 矗讶e n t i a lm e 也o ds t e wt h 锄a lp e l - f b 姗a n c ec a l c u l a t i o n a t 也es 锄et i m er e s i 咖c c p e o n n a n c ec a l c u l a t i o n s a c c o r d i n gt oc a l c u l a t i o nr e 8 u l t s ， 锄dd o m e s t i ca n d i i l t 锄a t i o n a lc o o l i n gt o w c rt e c h n o l o g ya l l dm a r k e tc o n d i t i o n s ，t 1 1 em 旬o rc o m p o n e n t so f c o o l i n gt o w e rd e s i g 皿a n ds e l e c t i o n 3 h a i r d r y e rr e s i s t a n c ea 2 a i n s tt h ec o n i c a ls o m ed i s a d v a n t a p r e ss u c ha sl o s s ，l i sa r t i c l e ( d e s i 鲈) u s i n gk i n e t i ce n e 唧r e c o v e 叫t ) ，p eh a i r d 拶h a i r d 驴ra i rl ( i n 舐ce i l e r g y1 0 s s o fm el o wk i n e t i ce n e f g yr e c o v e r yo fl l i g l la i i du i l i f o ma i r f l o wf a nf a c e ，t l l ep r a c t i c a l 印p l i c a t i o no fg o o dr e s u l t s 4 t h et r a d i t i o n a lr c v e n u ew a t e r w a t e re 衔c i e n c yd e 啊c e sw i ml o wi n c o m e ，t oc l o s e l e w a t e rr c s i s t a n c eo fl a f g e ，f l o a t i n gd r o pr a t ei sh i 曲锄do m e rs l o n c 0 m i n g s ，“sa r t i c l e e s i 印) u s i n gs i n ew a v ej t - 4 5 m o d i f i e dp v cm a t e r i a lr e i n f o r c e dc l o s c dw a t e rt r a pt o c l o s et h ew a t e re 衔c i e n c yo fu pt ot h a n9 9 5 t h ek e yp a ni st h ec o o l i n gt o w c rf a n ，t h i sa r t i d e ( d e s i g n ) u s i n go n 一1 i n em o i l i t o r i n g s y s t 锄锄dm eh 10 6d a t al o g 百n gd e v i c e st ot 1 1 ef a nv i b m t i o nm o i l i t o r i n g ，m r o u 曲 t h em o n i t o d n gd a t ai nat i m e l vm a n n c rt oi u d g ea n dr e m o v e 打1 ) u b l ef 狐o fs a f e p r o d u c t i o na n de q u i p m e n tm a i n t e n 锄c ea r eo fg r e a ts i 朗i 6 c a n c e f u l l t e x ta th o m ea i l da b r o a dc o o l i n gt o w e rt e c h n o l o g ya n dm 矾( e tc o n d i t i o n s 锄d ， b a s e do nc a l c u l a t i o n sc o o l i n gt o w e r s ，c o o l i n gt 址ac o m p l e t e dt h em 勾o rc o m p o n e l l t si n t h ed e s i 即a n ds e l e c t i o n ；t h r o u 皿1t h em e a s u l l e 如e n to ft h ec o o l i n gt o w e rf a nv i b r a t i o n 仔e q u e n c vs p e c t n l md i a 灯锄o ft h ef h nf o rf a i l u r ea 1 1 a l v s i sa n de x c l u s i o n s t bi m p r o v e t h ee 衔c i e n c yo ft h ec o o l i n gt o w e ra i l dm a k ei tm o r ee n e r g y 。e m c i e n t ，s ot h a tt 1 1 es 锄e w a t e rs p r a va r e aa i l dp o w e rc o n s 啪p t i o no ft h ec o o l i n gt o w e r sh a v em o r ew a t e ro u to f 浙江工业人学硕j j 学位论文 m e c o o l i n gt o w e ro fm e 如t m ed i r e c t i o no fd e v e l o p m e n t 1 ( e yw o r d s ：c o o l i n gt o w e r s ，d e s i g n ，h a i r d 叫e r f a n ，c o n d i t i o nm o n i t o r i n g 浙江丁业人学硕上学位沦文 目录 摘要i 第l 章绪论1 1 1 氯碱厂循环水系统基本概况l 1 2 冷却塔的历史及发展趋势一2 1 2 1 冷却塔发展历程2 1 2 2 冷却塔的发展趋势2 1 2 3 我国冷却塔技术的发展及现状2 1 3 冷却塔的工作原理及分类3 1 3 1 冷却塔的工作原理3 1 3 2 冷却塔的分类3 第2 章冷却塔的选型8 2 1 技术性选型8 2 2 经济性选型8 第3 章冷却塔的设计计算1 l 3 1 热力性能计算1 2 3 1 1 热力性能计算方法1 2 3 1 2 热力性能计算公式1 2 3 1 3 热力性能计算结果1 5 3 1 4 热力性能计算评价17 3 2 阻力平衡计算l8 3 2 1 各部件阻力计算1 8 3 2 2 风机动压2 2 3 2 3 风机令压2 2 3 3 风机选型计算2 2 第4 章冷却塔的结构设计2 6 4 1 塔型2 6 4 2 十建部分2 7 4 3 工艺设备部分2 7 4 3 1 卢凡机2 7 4 3 2 风筒2 8 4 3 3 配水系统3 0 4 3 4 收水器3 3 4 3 5 填料一3 4 4 3 6 填料粘结剂3 6 4 3 7 淋水填料支撑3 6 4 4 避雷装置3 6 1 浙江j 1 ：业人学硕：i j 学位论文 4 5 塔内检修通道3 7 4 6 冷却塔嗣护面板3 7 4 7 冷却塔防腐3 7 4 8 冷却塔检测系统设计3 8 4 9 设计技术规格表3 8 第5 章冷却塔风机的状态监测4 1 5 1 冷却塔风机状态监测概述4 l 5 1 1 状态监测系统的类型4 2 5 1 2 冷却塔风机故障的频谱特征4 3 5 2 监测系统4 6 5 2 1 状态监测系统结构流程4 7 5 2 2 状态监测系统的操作方法4 9 5 3 风机结构和运行参数51 5 4 冷却塔风机振动监测与故障分析5 l 第6 章结论与展望5 7 6 1 结论5 7 6 2 展望5 8 参考文献5 9 致谢 攻读学位期间发表的学术论文目录。6 2 2 浙江t 业人学硕j ：学位论文 第1 章绪论 水是现代工农业生产的重要资源之一。随着工业的迅速发展，工业用水量大 幅度上升。为了节约淡水资源、降低水耗，目前在工业冷却水中已广泛采用循环 水代替直流水n 1 。 一 杭州电化集团有限公司是杭州市一家具有7 3 年历史的大型化工企业，是全国 最早从事氯碱生产的企业之一，随着城市不断发展和企业生产规模的扩大，该企 业整体搬迁至萧山临江工业园区。搬迁后的规模是原有规模的两倍，有近百台换 热器，1 1 台制冷机组，多台大型压缩机组( 如氯气离心式压缩机、离心式空压机、 离心机、螺杆式空压机、增压机等机组) ，6 台大型反应釜。为了便于管理，实现 企业节能减排目标，该企业在新厂建设中对循环水进行集中处理，需配套设计循 环水系统及相应的冷却塔。遵照有关标准，本设计主要针对氯碱厂的工艺要求， 完成冷却塔的塔型选择、热力阻力计算、风机及电机的选择等冷却塔的设计工作 及冷却塔的运行状态监测。 1 1氯碱厂循环水系统基本概况 氯碱厂循环水系统比较复杂，有多种工况、工作介质及温度的差异，要根据 工作工况进行选择，一般有标准、中温、高温三种类型冷却塔。国内传统企业循 环水系统小而杂，能耗大、占地面积大、非常的不经济，新建氯碱企业多集中制 冷、供热，也为循环水系统集中创造有利条件。我国大直径风机研制成功，为装 置大型化带来了有利条件。国内大型风机杰出代表是原上海化机二厂( 上海尔华 杰) 和河北保定风机厂。 杭州电化集团有限公司循环水系统有两路，集中控制。分别提供给离子膜烧 碱装置、氯产品装置、p v c 装置、空分装置、电子化学品装置、双氧水装置、特 浙江t 业人学硕j ：学位论文 种树脂生产装置以及后勤生活设施等。其中一套主要是离子膜烧碱装置、氯产品 装置、空分装置、电子化学品装置、双氧水装置、生产装置以及后勤生活设施， 设计水量16 0 0 0 m 3 1 1 ，设计进塔水温4 0 ，出塔水温3 2 ；p v c 树脂和特种树脂 成一套，设计水量8 0 0 0 m 3 1 l ，设计进塔水温4 2 ，出塔水温3 2 。 1 2 冷却塔的历史及发展趋势 1 2 1 冷却塔发展历程 2 0 世纪是冷却塔诞生及初步应用的时期。最早出现的是喷淋池，之后发展成 为拔风筒，到1 9 2 4 年发展成为鼓风通风冷却塔瞳。 2 0 世纪五十年代，冷却塔获得重大突破，机力通风冷却塔，包括逆流式和横 流式，成为标准化塔型，且均为点滴塔。六十年代以m 砌e y - 6 0 0 型木结构塔为代 表的横流点滴塔得到很大的发展。 在七十年代，由于能源危机，为了节能降耗，高大的点滴塔逐渐被薄膜塔所 取代。此后，水压头较低，冷却能力更强的逆流塔逐渐得到广泛应用。八十年代 后，出现了横梁最少、无用阻力最小的吊装式逆流塔，逆流塔的整体技术水平也 随之达到新的高度。 1 2 2 冷却塔的发展趋势 首先，提高冷却塔的效率且使之更节能，使相同的淋水面积及能耗的冷却塔 有更大的出水力口1 。 其次，由于逆流薄膜塔的薄膜填料比表面积大，容积散质系数高，降低了气 水比和水泵压头，节能降耗效果明显，冷却塔的塔型逐渐从横流、逆流点滴塔转 向薄膜塔，而成为新一代标准工业塔。 1 2 3 我国冷却塔技术的发展及现状 从1 9 4 9 年到1 9 7 8 年的近3 0 年我国冷却塔技术经历了直流水、水池、喷淋池、 2 浙江工业人学硕上学位论文 鼓风通风冷却塔、自然通风冷却塔及机械通风冷却塔h 】。 改革开放后，伴随着对国外先进冷却塔技术引进、消化、吸收，到八十年代 出现了冷却塔热，其中最引人注目的是数以百计的冷却塔制造商的涌现，大批工 程项目的建设刺激了工业节水市场的发展，激烈的市场竞争极大地推动了我国冷 却塔技术的进步，大大缩小了我国与发达国家的差距，基本跟上了冷却塔技术发 展的步伐。现在我国完全有能力依靠自己的技术满足工业生产和人民生活用冷却 塔的需要。但是我国的冷却塔技术与国外先进技术差距还很大，比如冷却塔的科 研、设计、制造相互脱节，冷却塔市场上仿制国外冷却塔的多，且由于消化吸收 不够，无法达到冷却塔高效、节能之目标。 1 3 冷却塔的工作原理及分类 1 3 1冷却塔的工作原理 冷却塔是借助空气使水得到冷却的专用设备，利用水和空气的接触，通过蒸 发作用来散去工业上或制冷设备中产生的废热。从冷凝器等设备中排出的热的冷 却水，都是经过冷却塔冷却后循环使用的。冷却塔的冷却机理有两个方面：一方 面是借助部分水在冷却塔中蒸发时吸收蒸发潜热而使水降温。另一方面，是当水 温高于空气温度时，利用接触导热使水降温。通常，蒸发掉1 k 、3 0 的水，会吸 收2 4 2 4 的热量，这足以使1 0 0 k g 水降温5 。也就是说，只要有1 的水蒸发， 就可使水降温5 。因此，为了促使水在冷却塔中有效冷却，冷却水通常被喷洒成 点滴、薄膜。空气也常常被风机加速并以逆流、横流等方式穿过冷却水区，以带 走尽可能多的热量。 1 3 2 冷却塔的分类 冷却塔按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔及混合通风冷却塔 f 5 】 o 1 自然通风冷却塔 自然通风冷却塔是指靠塔内外的空气密度差或自然风力形成的空气对流作用 3 浙江工业人学硕上学位论文 进行通风的冷却塔。又可分为开放式和风筒式两种，在开放式冷却塔中，空气是 水平方向流动，与水流方向垂直，这种空气流动方式又称横流式。冷却塔内没有 填料的称喷水式，装有填料的称点滴式。风筒式冷却塔又称塔式冷却塔，设有较 高的通风筒，可数百米。利用风筒的抽力将塔内所需要的空气量抽入塔中。空气自 下而上流动，与水流方向相反，这种空气流动方式称逆流式。各式自然通风冷却 塔见图1 1 。 一耋 【c ) ( a ) 开放喷水式冷却塔( b ) 开放点滴式冷却塔( c ) 风筒式冷却塔 1 一配水系统2 集水池3 一百叶窗4 一淋水填料5 一空气分配区6 一风筒 图1 1 各式自然通风冷却塔 美国从1 9 6 3 年建成第一座自然通风冷却塔以后，自然通风冷却塔发展很快， 并在一些大机组上配置了自然通风冷却塔。现在采用自然通风冷却塔的数量约占 全美冷却塔的5 0 以上。西欧各国和前苏联也主要采用自然通风冷却塔。由于自 然通风冷却塔具有运行费用低，故障少，易于维护等优点，因而获得较大发展。 一般来讲，塔设计得越高，抽力越大，冷却效果越好，塔的截面积则决定处理能 力。目前，国外已建的大型冷却塔有法国戈尔夫什( g l o f c h ) 核电站的1 7 8 6 m 高的 冷却塔；我国已建的大型湿式冷却塔有山东邹县电厂冷却塔淋水面积为9 2 4 6 m ? ， 塔高为15 0 1 m 嘲。 自然通风冷却塔因未设风机等动力设备，故节省动力，维护方便。但施工不 便，投资较高，占地面积大，在高温、高湿和低气压的南方不宜采用。一般认为 湿球温度小于2 2 时，选用风筒式自然通风冷却塔是合适的。 2 机械通风冷却塔 机械通风冷却塔是指靠风机进行通风的冷却塔。按通风形式可分为鼓风式和 抽风式两种。 鼓风了冷却塔的风机安装在塔的旁侧，将新鲜空气鼓入塔中，为横流式，其 4 浙江工业大学硕上学位论文 优点是塔的结构简单稳定，维修方便，风机不易受腐蚀，但处理水量不大。当水 中含腐蚀性物质时，宜采用鼓风式。 抽风式冷却塔的风机安装在塔顶，湿热空气由塔顶排出。抽风式冷却塔适用 于水量大的大塔，其布置紧凑，湿空气回流小，由于塔内呈负压运行而利于水的 蒸发冷却，但风机设备经常处于湿热空气中运行，易受腐蚀，且风机安装位置高， 检修维护困难。抽风式冷却塔又分为逆流式和横流式两种。 各式机械通风冷却塔见图1 2 。 ( ) ( b )cj ( a ) 鼓风逆流式冷却塔( b ) 抽风逆流式冷却塔( c ) 抽风横流式冷却塔 l 一配水系统2 一淋水填料3 一收水器4 集水池 5 一空气分配器6 风机7 l 风筒8 一百叶窗 图1 2 各式机械通风冷却塔 机械通风冷却塔冷却效率高，占地面积小，在相同条件下其冷却后的水温比 风筒式要低3 5 ，基建投资也比风筒式低5 0 左右。因此，机械通风冷却塔是一 种较完善的冷却塔型式，应用很广泛，氯碱厂多采用此种冷却塔。 3 混合通风冷却塔 混合通风冷却塔是自然通风和机械通风共同作用的冷却塔，在自然通风逆流 式冷却塔底部，加装鼓风机以辅助塔筒通风。瑞舍吉一考垂( r c o t t r e l l ) 公司设计 了这种塔，高度为同容量自然通风速流塔的1 2 ，底部直径为其2 3 ，负荷小时 可以不开风机。英国因斯“b ”( i n c eb ) 电厂1 0 0 0 m w 机组的混合通风冷却塔，塔 筒高1 1 6 4 m ，底部直径9 3 5 m ，出口直径5 3 m ，填料像横流式冷却塔一样，放在 塔筒外边，3 5 个轴流风机布置在塔筒和填料之间，风机直径7 9 m 。填料高1 3 m ， 进深6 m 。此塔冷效相当于3 个同尺寸的自然通风冷却塔，而造价较自然通风塔低 1 5 。 冷却塔按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔( 逆流塔) 、横流式冷却塔 ( 横流塔) 及混流式冷却塔( 混流塔) 。 浙江t 业大学硕上学位论文 1 逆流塔 逆流塔的水在塔内填料中自上而下，空气自下而上，两者流向相反订1 ，即冷却 水与空气逆流接触。逆流塔可分三个冷却段：首先，布水器到填料项，此段的水 温较高，可将热量传给空气；其次，填料水与空气热交换段；再次填料至集水池 空间淋水段，水在此段被冷却，称之为尾效，在我国北方，此段的水温常可下降1 2 。因此，逆流塔热力性能好。逆流塔比横流塔在相同的情况( 循环水量和容积 散质系数熊相同) 下，填料容积一般要少约1 5 2 0 左右。且逆流塔配水系统不 易堵塞、淋水填料不易老化、湿气回流小、防冻化冰措施更容易；可多台组合设 计，冬季以所需的水温水量可合并单台运行或全部停开风机；施工安装检修容易、 费用低。但逆流塔水气逆向流动，故风阻较大，为减小进风口的阻力，往往需要 提高进风口高度来减小进风速度，因而塔身较高。常用在空调和工业大、中型冷 却循环水中。 2 横流塔 横流塔两侧进风，对于大流量的循环系统，可以采用横流塔。横流塔的水在 塔内填料中自上而下，空气自塔外水平流向塔内，两者流向呈垂直正交口1 。横流塔 填料高度接近塔高，对气流无阻力，维护检修方便，高度比逆流塔低，结构稳定 性好，有利于建筑物立面布置和外观要求，常用在噪声要求严格的居民区内，多 使用于空调中。其优点是水压低、节能、风阻小、无风动噪声和滴水噪声，填料 和配水系统检修都方便。可随建筑形状随意构筑基础多台放置，根据所需的水温 分别启动单台或多台冷却塔。但框架要多4 0 热交换时要有较多的填料体积，且 填料易老化、防结冰不好、湿气回流大、配水孔易堵塞。 冷却塔填料是冷却塔热力的最主要部分，将入塔热水尽可能分散成细小水滴 或薄的水膜，增加水和空气接触面积和时问，从而使水和空气进行有效的热交换 【8 1 冷却塔按冷却塔填料不同有点滴填料、薄膜填料及点滴薄膜式填料。 1 点滴式填料 点滴式填料通常由水平或倾斜布置的矩形或三角板条按一定间距排列而成， 热水通过板条飞溅成水滴与空气接触而得以冷却阳1 。 2 薄膜式填料 薄膜式填料塔中热水以膜的状态向下流动，水同空气接触面积大，热交换能 6 浙江工业大学硕上学位论文 力高。这类填料又可分为平膜版式和波形膜版式等多种形式阳1 。 早期冷却塔填料以点滴填料为主，然后点滴、薄膜填料共存，在二十世纪七、 八十年代后，冷却塔塔芯发生了重大变化，逐渐由点滴填料改为薄膜填料。薄膜 填料淋水密度大、容积散热系数大。相应的塔体高度也有所下降，且水头压力降 低，可节约塔体投资，节能降耗。但单位体积的薄膜填料比点滴填料价格高得多。 薄膜填料与点滴填料相比虽然有容积散质系数高，可使塔体高度下降，节能 降耗，但薄膜填料易因填料表面结垢而堵塞，结垢的原因主要是水质不合格及配 水不均匀。在造纸、制糖、炼油等行业水质差的循环水冷却塔不宜采用薄膜填料， 而且采用薄膜填料并不比采用点滴填料经济实用。因此，点滴填料仍有它的生存 发展空间。 3 点滴薄膜式填料 点滴薄膜式填料具有点滴填料及薄膜填料的双重功能。美国马利型塔中的m 填料板是此类填料的最早模型。每一小块填料版中布满小孔，填料分层水平搁置 在玻璃钢格状支撑上。后来又发展成折波填料及网格状填料。近年来，随着工业 生产规模的扩大，冷却塔全为满负荷运行，为了最大限度地发挥冷却塔的作用， 改装高效填料成挖潜增产的关键。点滴薄膜式填料具有较薄膜式填料还优异的性 能，且配风效果好，阻力也不大，因此建设新塔时，较多采用点滴薄膜式填料。 7 浙江工业大学硕上学位论文 2 1 技术性选型 第2 章冷却塔的选型 在冷却塔的设计过程中，冷却塔的选型是至关重要的一个环节。这不仅决定 了冷却塔的运行效果能否满足工艺生产的需要及基本建设的投入，也关系到日后 运行的维护管理、能耗及环境保护问题。随着工业迅猛发展，循环水冷却塔的规 模日益扩大( 杭州电化集团氯碱厂的设计循环水量达2 4 1 0 3 m 3 1 ) ，冷却塔一次性 投资千万元，因此对冷却塔的选型非常重要n 引。 从技术性能上看，杭州电化集团氯碱厂地处杭州临江工业园区，为高温、高 湿和低气压的南方，温度为2 8 5 ，高于2 2 ，不宜选用自然通风冷却塔，且处 理水量较大，拟选用机械抽风逆流式冷却塔。循环水来自水厂处理后的水，不会 因为水质不合格及配水不均匀而产生结垢，填料选用薄膜式填料。 2 2 经济性选型 经济型选型主要考虑到两个方面，一是冷却塔的处理能力和使用效果，二是 从投资建设方面来分析，得出选择什么型式冷却塔比较合适。 从经济性上看，虽逆流塔一次性建设投资费用比冷却能力相同的横流塔高 l o 3 0 ，但其年消耗却低得多协1 ，现选择一个与本次设计案例相近的新建冷却 塔工程案例进行经济比较。 例：某新建3 0 x 1 0 4 t a 合成氨厂，冷却塔选型经济比较，已知循环水量4 2 0 0 0 m 3 m ，设计参数t 1 = 4 1 ，t 2 = 2 7 ，2 种冷却塔详细比较如表2 1 1 9 1 、表2 2 n 9 1 所 示。 浙江工业人学硕上学位论文 表2 1 某3 0 1 0 4 如合成氨厂冷却塔方案参数比较 某横流塔某逆流塔 参数差额 ( 方案a )( 方案b ) 塔数( 间)1 41 04 单塔处理水量( m 3 1 1 ) 3 0 0 04 2 0 0 风机直径( m ) 9 1 49 1 4 使用风量( 1 0 4 m 3 h )3 l l2 6 3 风机轴功率( k w ) 1 5 8 61 2 3 63 5 塔体平面尺寸( m m )1 3 2 52 1 0 9 2 1 0 9 塔体总高度( m )2 2 5 1 7 8 34 6 7 进水管压( k p a ) 1 6 8 71 0 7 96 0 8 占地面积( m 2 )4 7 7 54 1 0 6 6 6 9 注：塔体高度包括风筒高度。 表2 2 某3 0 1 0 4 妇合成氨厂冷却塔投资及运行费用比较 某横流塔某逆流塔 对比内容差额 ( 方案a )( 方案b ) 塔数间 1 41 04 风筒力兀1 4 09 1 1 9 收水器力兀 1 1 04 5 6 8 螟料刀兀 2 5 03 7 0 9 6 配水系统万元 5 11 4 1 0 9 软件( 设计图等) 万元 6 4 7 3 小计力兀5 5 17 1 3 71 6 2 风机、减速器万元 1 5 41 1 0 电器设备力兀 7 75 5 土建施r ：万元 9 l o6 5 0 小计刀兀1 1 4 l8 1 53 2 6 投资总计万元 1 6 9 21 5 2 8 71 6 3 3 风机轴功率k w 2 2 2 0 41 2 3 69 8 4 4 年运行时间l l 8 0 0 08 0 0 0 年用电总量( 1 0 4 m ) 1 7 7 6 3 29 8 8 8 动力费用( 力兀a ) 3 0 5 51 7 0 11 3 5 4 循环水头m 1 7 2 l l 6 2 水泵运行时间( h a ) 8 0 0 08 0 0 0 水泵耗电费用( 万元a ) 3 7 0 22 3 6 81 3 3 4 运行费用( 电费) 总计，( 万元a )6 7 5 74 0 6 92 6 8 8 设一次投资为k ，同常运行费为e ，经济比较时应按综合费用s 来进行，最佳 方案应该是综合费用s 最小的方案。 综合费用的计算公式如下。 s = e 七娠 9 浙江工业人学硕j j 学位论文 式中：矿投资效果系数，取o 1 2 5 。 由此方案a 的综合费用： s = 巨+ 艇l = 6 7 5 7 + o 1 2 5 1 6 9 2 = 8 8 7 2 ( 万元) 方案b 的综合费用： s 2 = 易+ 雄2 = 4 0 6 9 + o 1 2 5 1 5 2 8 7 = 5 9 7 9 8 ( 万元) 综合费用s - s ：。即逆流塔的综合费用要低于横流塔。 综合以上技术性能和经济性能的分析，本次冷却塔选用机械抽风逆流式薄膜 填料冷却塔。 l o 浙江工业人学硕i ：学位论文 第3 章冷却塔的设计计算 根据杭州电化集团有限公司的技术规范书要求，新厂区的循环水场配套冷却 塔设备，采用两组6 台4 0 0 0 m 3 1 1 机械抽风逆流式薄膜填料冷却塔，其中a 组4 台， b 组2 台，设计依据如表3 1 所示。 表3 1 冷却塔设计依据 序号 内容( 单位) 数据一( a 组)数据二( b 组) l 进塔水温( ) 4 04 2 2 出塔水温( ) 3 23 2 3 温差( ) 81 0 4 冷幅高( ) 3 5 3 5 5 设计干球温度( ) 3 3 33 3 3 6 设计湿球温度( ) 2 8 52 8 5 7 夏季人气压力( m m h g ) 7 5 0 4 57 5 0 4 5 8 设计大气压力( m m h g ) 7 5 0 4 57 5 0 4 5 9 设计相对湿度( ) 7 07 0 l o 总处理水量( m 3 1 1 ) 1 6 0 0 08 0 0 0 1 1 单塔处理水量( m 3 m ) 4 0 0 04 0 0 0 1 2 没计风荷载( k n m 2 ) 0 6 50 6 5 1 3 设计地震强度 按人度地震设防按六度地震设防 1 4 设计雪压( k n m 2 ) 0 4 5o 4 5 1 5 设计风压( 1 ( n m 2 )o 6 50 6 5 1 6 进塔水压 ( m p a )! 2 5三2 5 最人风速( 台风期间) 1 71 3 01 3 0 ( k m h ) 1 8 雷暴频率( 天年) 3 0 6 0 3 0 6 0 1 9 电气设计参数 3 8 0 v5 0 h z3 p h 3 8 0 v5 0 h z3 p h 冷却塔的冷却水应符合我国现行工业冷却水处理设计规范g b 5 0 0 5 0 9 5 刎 的各项规定，主要的参数要求如表3 2 所示。 表3 2g b 5 0 0 5 0 9 5 的各项规定 浓缩倍生物枯 腐蚀率污垢热阻异养菌浊度 数泥 碳钢铜 4 l0 4 m 2 1 l r k c a l5 1 0 5 个m l 2 o 5 m l m 3 m 班 郢1 2 5 m m y如0 0 3 m 州y 2 5 浙江工业大学硕上学位论文 氯碱厂的循环水来自水厂处理后的水，p h = 6 8 ，浊度s 5 m l ，其余的各项 指标也符合g b 5 0 0 5 0 一9 5 的各项规定。 3 1 热力性能计算 冷却塔热力计算中，通常计算冷却塔的冷却数和容积散质系数。冷却数表示 水温从t l 降到t 2 所需要的特征数值，而这种特征数值是反映冷却塔冷却能力的一 种特征数值，冷却数越大，表示冷却塔冷却能力越大。容积散质系数表示每立方 米填料的表面上每小时使水向空气中散发的量，该值取决于填料材料、水力条件、 动力条件等因素。容积散质系数越大，表示冷却塔采用所选填料时冷却能力越大。 由计算结果确定气水比九，水力负荷q 和风机的选择。 3 1 1热力性能计算方法 两组冷却塔中，b 组冷却塔的要求较高，现对其进行热力计算和设计，确定冷 却塔的各主要参数。计算方法参照g b 7 1 9 0 2 1 9 9 7 玻璃钢纤维增强塑料冷却塔 国家标准规定，用焓差法进行计算，积分计算采用辛普逊2 0 段近似积分公式。 选定一台方型冷却塔，平面尺寸为1 7 5 m 1 7 5 m ，淋水填料高度1 5 m ，即淋水填 料体积为v = 1 7 5 1 7 5 1 5 = 4 5 9 m 3 。 3 1 2 热力性能计算公式伸1 m 州2 3 1 进塔空气相对湿度： 痧：兰二坚! 刍二三! ( 3 1 ) 巳， 式中：矽相对湿度 鼠空气干球温度，o c f 空气湿球温度，o c 1 2 浙江工业人学硕i ：学位论文 ，空气温度为q 时饱和空气的水蒸气分压，1 渤