冷卻水塔的優化設計

2013-01-01 00:00:00張武軍

職業·中旬 2013年3期

摘要：本文主要從兩方面探討冷卻水塔的優化設計：一是對冷卻水塔內冷卻水系統進行優化，改進后的冷卻水系統能減少臥式殼管式冷凝器結水垢量甚至不結水垢；二是對冷卻水塔通風機進行優化，用水輪機代替冷卻水塔電動機，利用水輪機增壓來推動風機工作，節省了冷卻水塔電動機的耗能，達到節能目的。

關鍵詞：冷卻水塔冷卻水系統制冷系數水輪機節能

冷卻水塔按通風方式不同有自然通風和機械通風兩種，當前空調制冷常用的冷卻水塔以機械通風冷卻水塔為主，機械通風冷卻水塔按不同的分類方式又可分為圓形、方形、橫流式、逆流式等（如圖1所示），在市面上都比較多見。但不管是哪種冷卻水塔，都存在耗電較多、維修保養較復雜及冷卻效果受塔頂排出濕熱空氣回流影響等缺點。本文針對傳統冷卻水塔的缺點，提出了兩種優化冷卻水塔的方案模型。

圖1 冷卻水塔

一、優化設計冷卻水塔內冷卻水系統

傳統的冷卻水系統如圖2所示：冷卻水的流程從冷卻水塔水池→冷卻水泵→臥式殼管式冷凝器→冷卻水塔布水器→填料→冷卻塔水池，如此循環來實現對冷凝器內制冷劑的冷凝。由于水池中的水來源于自來水自動補水，水中含有鈣、鎂離子，在高溫的冷凝器中會形成水垢而附著在冷凝器的內壁，影響熱量的傳遞，導致冷凝溫度上升，從而降低了制冷系數，增加了制冷空調設備的耗功量。

圖 2 傳統的冷卻水塔結構及冷卻水系統圖

針對傳統冷卻水系統存在的問題，優化后的冷卻水系統如圖3所示：系統需增加一個膨脹水箱、一個水泵及一個電子除垢儀。改進后的冷卻水塔有兩個水循環系統：第一個水循環系統是冷卻水從冷卻水塔內盤管下部→電子除垢儀→冷卻水泵→臥式殼管式冷凝器→冷卻水塔內盤管上部→冷卻塔內盤管下部，此系統為閉式系統；第二個水循環系統是水從冷卻水塔水池→水泵→冷卻水塔布水器→盤管翅片→冷卻水塔水池，此系統為開式系統。兩個水系統一起循環來實現對冷凝器內制冷劑的冷凝。

圖 3 優化后的冷卻水塔結構及冷卻水系統圖

冷卻水系統優化后系統優勢有二：

第一，提高制冷系數。兩種冷凝方式相比較：優化前，蒸發溫度5℃，過熱溫度15℃，冷凝溫度42℃（由于水垢的影響，冷凝溫度會隨著水垢的增加而升高，假定平均超過空調工況所對應的冷凝溫度2℃），過冷溫度隨之升高至37℃，由壓焓圖計算得理論制冷系數為5.2；優化后，按空調工況蒸發溫度5℃，過熱溫度15℃，冷凝溫度40℃，過冷溫度35℃，經計算得理論制冷系數可提高到5.7，同比升高11%，可大幅度節省能源。

第二，節省了維護保養成本。由于優化后用來直接冷卻臥式殼管式冷凝器的水系統是閑式系統，而且系統加裝了電子除垢儀，冷凝器結水垢少或甚至不結水垢，因此優化后的水系統也不用清洗冷凝器水垢，節約了維護保養成本。

二、優化設計冷卻水塔內通風機

傳統的冷卻水塔如圖2所示，制造上用電動機驅動風機，需消耗電能，在使用過程中冷卻水塔電動機還有漏電傷人、火花爆炸等潛在危險。優化后的冷卻水塔如圖4所示，其主體結構不變，只是用水輪機代替電動機，水輪機充分利用冷卻水塔散熱系統循環水的余壓來獲得輸出功率，并驅動風機工作，達到散熱目的。優化后完全省去電動機，完全節省了電動機的能耗。水輪機應用于冷卻水塔后系統優勢如下：

1.節能

冷卻水塔用水輪機取代電動機，完全節省了電動機的運行電耗，且沒有增加循環水泵的運行電流，達到100%節省電動機電能的目的。

圖 4 用水輪機驅動風機示意圖

2.節省了維護保養成本

使用水輪機的冷卻水塔系統故障點少，以一臺水輪機代替電動機、減速器和傳動系統，可以實現長時間無故障運行，可為使用單位節省大量的維護和更換冷卻水塔的電動機和減速器的費用和人力。

3.高效

水輪機直接驅動風機，不需再通過其他減速器等，且隨著水流量的變化而風量相應變化，始終穩定在較好的氣水比，可確保散熱效果。

4.低噪聲

水輪機的能量轉換在水流道內完成，并且取消了電動機及減速機，消除了低頻電磁聲及大幅降低了機械噪聲。

5.適用范圍廣

適用于舊塔節能改造，圓形、方形（含逆流或橫流）冷卻水塔。在安裝水輪機時，可保留原有冷卻水塔外型結構、尺寸不改變，水輪機冷卻水塔的冷效、風機風速、氣水比、噪聲均比原有電動機驅動風機冷卻水塔有不同程度的改善，各種技術指標均能達到冷卻水塔設計要求。

參考文獻：