基于風量控制的冷卻塔防掛冰理論研究

朱高鵬 王嬌龍 盧言玉 丁杜杰

摘 要：為解決冷卻塔冬季掛冰問題，研究了防止冷卻塔掛冰的相關理論，發現了基于風量控制的冷卻塔防掛冰方法具有現實可行性，研究開發了一種基于風量控制的冷卻塔防掛冰智能控制裝置，為解決冬季冷卻塔掛冰提供了一種方案參考。

關鍵詞：冷卻塔；冬季掛冰；風量控制；理論研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.255

0 前言

進入冬季，隨溫度降低，冷卻塔四周出現不同程度的掛冰，尤其是在進風側。冷卻塔掛冰后，影響其換熱效率，局部掛冰嚴重的部位，對填料造成損壞。對用戶造成困擾，對冷卻塔的安全運行產生不利因素，影響用戶的正常使用。為提高冷卻塔的換熱效率，降低填料損失，國內學者進行了大量研究[1-3]。目前，冬季防止冷卻塔掛冰的方法主要有兩種：一是增設冷卻塔防凍門，利用熱源的方法，提高進風的溫度；二是在冷卻塔填料上增設啟閉扣條，形成干段填料區和濕段填料區，降低熱交換面積，從而達到防止冷卻塔掛冰。論文根據冷卻塔防凍門原理，進行分析研究，并提出實際的有效解決措施，為解決冷卻塔掛冰問題提供參考。

1 消除掛冰的理論分析

通過調研發現，冷卻塔冬季運行，最容易結冰的部位主要集中于進風側護板等部件周圍、風筒邊緣、淋水填料的外邊緣處。造成上述現象的原因在于：①冷卻塔在運行中，噴淋水降到填料周圍的護板及立柱等部件上，遇冷空氣結冰，并逐漸累積；②混合濕空氣在出塔后，溫度降低，形成過飽和濕空氣，析出液態水，以及漂水等問題，水汽在風筒周圍積聚結冰；③淋水填料外圍水量小，當水量分配不當，部分填料水量過小，容易造成填料外邊緣結冰。

防凍門解決冷卻塔掛冰問題，其作用為在冬季低溫時，在進風側增設伴熱管，在環形管路內通熱水，預熱進入塔內的空氣，一方面增加空氣流動阻力，即限制進入冷卻塔的進風量，另一方面提高空氣溫度，從而達到防止掛冰的問題。防凍門方法與冷卻塔填料上增設啟閉扣條方法相比，防凍門可調節范圍大，冷卻塔用戶自行調節較為便捷，對解決實際問題具有較好的可操作性[4]。

通過上述分析可以發現，防凍門解決掛冰問題，通過減小進入塔體內的風量和提高進入塔體內空氣的溫度的途徑實現[5]。在實際操作中，提高進入塔體內的空氣溫度，最常用的方法是在進風側進行管路改造，在外圍單獨增加熱源或者將需要冷卻的熱源引至進風側，涉及的管路改造、管路固定方案設計較為復雜，而且管路改造會對產品美觀、非掛冰季節換熱效率等產生不利因素[6]。減小進入塔體內的風量的方法，降低冷源比例，提高熱源比例，在理論上具有可行性，改造相對方便，基于上述因素考慮，減小進入塔體內的風量的方法，是一種相對更可行的方法。

2 風量控制裝置研究

風量控制裝置的核心部件為鋁合金活動式百葉安裝位置為填料進風側。其優點體現為：鋁合金力度小、強度高，采用打孔-螺栓連接方案，改造方便；外形美觀，角度可調，手動、電動調節實現方便；在非掛冰季節使用，無需拆卸。其工作流程如圖1所示。

系統通過傳感器采集冷卻塔進風側空氣狀態，以及易結冰部位的物理參數，獲取冷卻塔工作狀態。若溫度過低，導致冷卻塔已經出現掛冰，系統發出警報，操作人員根據掛冰程度作出判斷，若掛冰嚴重，可以停止風機，關閉百葉，利用待冷卻熱源的熱量溶解掛冰。操作人員也可以通過風機運行狀態調節、水量調節布水狀態調節等方法進行解決，在允許的條件下，也可以人工鏟冰；溫度過高或過低，系統可自動調節百葉開度進行調整，根據現場具體狀況，可以輔之風機頻率調節、噴淋水量調節等方法，使系統工作狀態趨向設定范圍。系統生成并記錄設備運行參數，以供評判。

3 技術指標評判

利用鋁合金活動式百葉進行控制風量的方法，具有理論及實踐的可行性。從長遠看，鋁合金活動式百葉進行控制風量方案經濟型優勢明顯，根據冷卻塔實際運行工況，通過鋁合金活動式百葉開度調節進行風量控制，減小進入塔體內的風量的方法，降低冷源比例，提高熱源比例，以此保證集水池水溫和填料溫度高于結冰點，使活動式百葉自行調節，達到冷卻塔最佳的經濟工況。

參考文獻：

[1]姬保江.結冰地區冷卻塔防冰技術與應用[J].工業用水與廢水，2005（02）：76-77.

[2]楊雪.冷卻塔的防冰技術研究[J].大慶師范學院學報，2012（06）：97-99.

[3]聶忠軒.防冰技術在寒冷地區冷卻塔改造上的應用[J].工業水處理，2004（11）：75-76.

[4]畢永堯.消除冷卻塔冰害的對策與方法[J].化工給排水設計，1995（02）：14-21.

[5]韓軍，黃浦澤.機械通風冷卻塔的冬季防冰措施[J].科技資訊，2011（20）：59.

[6]王荊陸.寒冷地區冷卻塔防冰新技術[J].給水排水，2000（02）：48-49+1.