橫流式冷卻塔應用分析

陳善齊

（湖南元亨科技股份有限公司，湖南長沙 410116）

1 問題背景

湖南元亨科技股份有限公司生產(chǎn)的YHA-600×2拼1組的標準工況橫流式冷卻塔，被晶澳揚州太陽能科技有限公司項目采用。該項目原配備10臺逆流式冷卻塔，單臺逆流式冷卻塔運行工況：進水溫度40℃，出水溫度32℃，濕球溫度28℃，單臺循環(huán)水量600 m3/h。為提高冷卻塔換熱效率，將10臺逆流式冷卻塔和YHA-600×2拼1組橫流式冷卻塔合并成一個系統(tǒng)，根據(jù)客戶現(xiàn)場實測反映，YHA-600×2拼1組橫流式冷卻塔的啟用與停用對整個系統(tǒng)運行效果影響不大，即溫度沒有顯著降低。

2 分析思路

采用一種冷卻塔選型程序作為冷卻塔工況核算標準，通過對逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔工況計算結果進行對比，分析橫流式冷卻塔的啟停是否對整個冷卻系統(tǒng)有顯著影響。為提高計算結果的可靠性，通過3個方面進行對比論證。

（1）在現(xiàn)場實測運行工況下，通過對比啟用和停用橫流式冷卻塔兩種最佳運行狀態(tài)的計算結果，分析橫流式冷卻塔啟用是否能夠提高冷卻系統(tǒng)的散熱效果。

（2）在現(xiàn)場實測運行工況下，假設10臺逆流式冷卻塔中水量分布均勻，通過對比并入橫流式冷卻塔后和只運行原有逆流式冷卻塔兩種工況的計算結果，分析橫流式冷卻塔對提高冷卻系統(tǒng)的冷卻效果有無顯著影響。

（3）在相同的運行工況下，通過對比在原冷卻系統(tǒng)中并入橫流式冷卻塔并增加水流量和原冷卻系統(tǒng)中不并入橫流式冷卻塔且不增加水流量的計算結果，分析增大水流量對冷卻系統(tǒng)降溫效果的影響。

3 分析過程

3.1 現(xiàn)場實測橫流式冷卻塔啟停對冷卻系統(tǒng)的影響

首先將逆流式冷卻塔的標準工況參數(shù)（進水溫度為40℃，出水溫度為32℃，濕球溫度為28℃，單臺循環(huán)水量為600 m3/h）和橫流式冷卻塔的標準工況參數(shù)（進水溫度為37℃，出水溫度為32℃，濕球溫度為28℃，單臺循環(huán)水量為600 m3/h。）代入冷卻塔選型程序（圖1），得到單臺逆流塔在標準工況下的相當標準能力值為1158.5 CRT（1CRT代表在進水溫度37℃，出水溫度32℃，濕球溫度27℃時，每0.78 m3水量的處理能力）。單臺橫流式冷卻塔在標準工況下相當標準能力值為883.1 CRT。

將橫流式冷卻塔標準工況折算成逆流式冷卻塔的標準工況，得到橫流式冷卻塔所處理能力為457.3 m3/h，將此工況參數(shù)（進水溫度40℃，出水溫度32℃，濕球溫度28℃，單臺循環(huán)水量457.3 m3/h）代入程序，得到的計算結果為883.0 CRT。

通過計算得出，在標準工況下，原有10臺逆流式冷卻塔的相當標準能力值為11 585 CRT，單臺橫流式冷卻塔的相當標準能力值為883.1 CRT。

根據(jù)現(xiàn)場實測的相近工況，即現(xiàn)場系統(tǒng)總水流量6000 m3/h，進水溫度38℃，濕球溫度27℃，將YHA-600×2拼1組橫流式冷卻塔并入原10臺逆流式冷卻塔成為一個系統(tǒng)后，橫流式冷卻塔的啟動和停用兩種系統(tǒng)運行工況參數(shù)代入程序，并對計算結果進行分析比較。

（1）在停用橫流式冷卻塔，原有10臺逆流式冷卻塔運行狀態(tài)下，該冷卻系統(tǒng)的相當標準能力值為11 585 CRT，將工況參數(shù)：水流量6000 m3/h，進水溫度38℃，濕球溫度27℃，代入程序中，可得10臺逆流式冷卻塔在該工況下運行，經(jīng)過冷卻后水的溫度為30.928℃，得到數(shù)據(jù)為：6000×（38-30.928）×K=42432 K，其中K為常數(shù)（4.2×103J/（kg·℃））。

（2）在原有冷卻系統(tǒng)中并入橫流式冷卻塔并啟動時，此時新冷卻系統(tǒng)的相當標準能力值為10×1158.5+2×883.1=13351.2 CRT，將此運行工況參數(shù)（水流量6000 m3/h，進水溫度38℃，濕球溫度27℃）代入程序中，得到出水溫度為30.496℃，得到數(shù)據(jù)為：6000×（38-30.4096）K=45542.4 K 。

此時橫流式冷卻塔運行水量為最佳水量：457.3/（600×10+457.3×2）×600×10=396.8 m3/h。逆流式冷卻塔運行水量也為最佳水量：600/（600×10+457.3×2）×600×10=520.6 m3/h。

通過兩種情況出水溫度的對比：30.928℃-30.4096℃=0.5184℃，可得出結論：在原有10臺逆流式冷卻塔系統(tǒng)中并入YHA-600×2拼1組橫流式冷卻塔后，在相同的運行工況下，可以降低出水溫度，提高系統(tǒng)散熱效率。此結果是理想結果，沒有考慮在并入橫流式冷卻塔后逆流塔中的水量分布是否均勻，冷卻塔風量以及場地的影響。

3.2 理想狀態(tài)啟停橫流式冷卻塔對冷卻系統(tǒng)的影響

假設原10臺逆流塔中水量分布均勻，在實測工況下單臺運行橫流式冷卻塔，在水流量600 m3/h，進水溫度38℃，濕球溫度27℃，相當標準能力值883.1 CRT工況下，代入程序中得出此時出水溫度為31.926℃。

在并入橫流式冷卻塔后，假設10臺逆流式冷卻塔中的水流量分布均勻.即為：（6000-600 ×2）/10=480 m3/h，則在進水溫度38℃，濕球溫度27℃工況下，單臺運行逆流式冷卻塔，將工況參數(shù)代入程序得出此時出水溫度為30.1185℃。

在此工況下，運行整個冷卻系統(tǒng)得到數(shù)據(jù)為：480×10×（38-30.1185）K+600 ×2 ×（38-31.926）K=45120 K。出水混合溫度=38-45120/6000=30.48℃。對比可知在10臺逆流式冷卻塔中水流量相同的情況下，開啟橫流式冷卻塔可以加大整個系統(tǒng)的散熱量，降低水流溫度。但此結果是在逆流塔水流量分布均勻的前提下，因此實際效果要有所降低。此種工況下，出水溫度與系統(tǒng)運行最佳水量時的出水溫度相比：30.48℃-30.4096℃=0.07℃，說明橫流式冷卻塔水流量的調節(jié)，在一定范圍內對系統(tǒng)的冷卻效果影響甚微。

圖1 冷卻塔選型程序計算界面

4 橫流式冷卻塔的性能對系統(tǒng)冷卻的影響

4.1 增大流量對系統(tǒng)冷卻的影響

通過增大水流量至原逆流塔標準工況下，同時并入橫流式冷卻塔，即水流量為6914.648 m3/h，代入工況參數(shù)：進水溫度38℃，出水溫度30.982℃，濕球溫度27℃，相當標準能力值13 351 CRT，得到數(shù)據(jù)為：6914.6×（38-30.928）×K=48 900.0512 K。通過比較可知系統(tǒng)的散熱量得到了顯著的提高，因此可以得出并入橫流式冷卻塔后，增加系統(tǒng)的水流量對于提高系統(tǒng)的散熱量有明顯效果。

4.2 降低橫流式冷卻塔的性能

假定橫流式冷卻塔的處理水流量不是600 m3/h，而是500 m3/h，在標準工況下（進水溫度37℃，出水溫度32℃，濕球溫度28℃），代入程序計算出此時橫流式冷卻塔的相當標準能力值為735.9 CRT，則整個系統(tǒng)的總相當標準能力值為：158.5×10+735.9×2=13 056.8 CRT。在系統(tǒng)流量為 6000 m3/h，進水溫度38℃，濕球溫度27℃，代入程序得出出水溫度為30.490 4℃，與理想工況30.409 6℃相比，相差0.080 8℃，差值不足0.1℃，即在此系統(tǒng)中，橫流塔冷卻性能略有不足對整個系統(tǒng)影響較小。

5 分析結果

在標準工況下，原冷卻系統(tǒng)中并入橫流式冷卻塔，能夠提高整個系統(tǒng)的散熱效果，降低出水溫度，同時增大系統(tǒng)的水流量，可以增加系統(tǒng)的散熱量，進而降低溫度，但是降低橫流式冷卻塔的水流量，對于整個系統(tǒng)的影響甚微，可以忽略不計。以上計算皆是在理想的條件下，沒有考慮場地原因導致的熱氣回流及風量等因素的影響，和逆流式冷卻塔中的水量分布不均對系統(tǒng)的影響，因此在原系統(tǒng)中并入YHA-600×2拼1組橫流式冷卻塔所起到冷卻效果有所降低，以至于在實際測試觀察中難以察覺，導致客戶反映橫流式冷卻塔的停啟對整個系統(tǒng)無明顯影響。同時，現(xiàn)場測試在橫流式冷卻塔內填料后，各個位置的水溫差別很大，經(jīng)觀察推測造成溫差的原因是進水法蘭處噴頭的水流量過大，引起布水不均，因此可以通過改善進水法蘭處噴頭的水流量和增大系統(tǒng)的水流量來提高系統(tǒng)的散熱效果，進一步降低出水溫度。