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冷却塔中填料的应用

  • 冷却塔(cooling tower)是利用水的蒸发及空气和水的传热原理带走水中热量的设备或构筑物。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换,使废热传输给空气并散入大气,以达到降低水温的目的。组合填料
  • 冷却塔通常应用在商业建筑及工厂的生产工艺中,以冷却从冷凝器及工艺设备等出来的温度较高的水或其他介质(称为被冷却介质)。被冷却介质由水泵加压输送到冷却塔的分配管中,然后经喷嘴喷淋到淋水填料层上,与此同时,装在塔顶的风机通过抽吸作用,使得周围环境的空气从四周的百叶格栅吸入,横穿填料层与被冷却介质进行充分的热质交换,通过蒸发使被冷却介质迅速地冷却。斜管填料
  • 1)填料选择原则:淋水填料是将配水系统喷溅下来的热水,以水膜或水滴形式最大限度地增加水和空气接触面积和时间的一种装置,简称填料。填料是冷却塔进行热交换的主要部件,填料性能的好坏直接关系到冷却效果,针对工程具体情况,认真选择填料是很重要的。斜管填料选择的基本原则应包括下述几点:
    1. 单位体积的填料表面积要大,散热性能好;
    2. 填料形式应有利于水流速度缓慢、通风阻力小;
    3. 填料表面不宜太光滑,亲水性能要好;
    4. 应根据水质选择不同的片间距或孔径;
    5. 填料片强度大,整体性能好,便于组装和安装;
    6. 耐用、便宜。
  • 2)分类:随着技术的发展,冷却塔填料的形式已是多种多样,斜管填料可从形状与材料两个方面对冷却塔填料进行分类分析。
    1. 材料分析。冷却塔填料用到的材料有木材、石棉水泥、水泥网格、塑料、玻璃钢、陶瓷等。最早的冷却塔内用到的材料只有木材。由于木材容易得到,从冷却塔出现到20世纪60年代,冷却塔内的填料几乎都是由木材制成。红木由于它的防腐特性,是早期冷却塔填料最常用材料。生长时间长的红木外形直而且结实,使用寿命长,容易利用,因此价格较高。后来老红木开始短缺,并且价格不断攀升,而生长时间短的新红木并不能满足要求,一些用新红木作材料的塔甚至没法建造起来。花旗松曾经在一段时间内代替了红木。虽然花旗松有着笔直的外形,但是其密度太高,不能很好地吸收防腐剂,在冷却塔潮湿的内部环境中很容易产生污染腐蚀。有些破损是无法用肉眼看到的,它们会使木头产生微洞并且变得脆弱。在冷却塔局部,经常会有非常大的集中负荷,而且由风暴或飓风产生的风负荷会对冷却塔产生很大的外在压力,这种低强度的木材会给冷却塔带来灾难性的后果。于是,人们开始寻找新的可靠的代替材料。20世纪50-60年代,石棉水泥薄板曾作为冷却塔填料的材质广泛应用。这种材料有很好的防腐蚀性,但人们发现石棉水泥在加工生产过程中对环境有害,所以这种材料的应用逐渐减少,有些国家已经禁用。20世纪70年代左右,塑料填料的出现是冷却塔发展的一个重大革新。塑料填料的最先应用是在采暖通风与空调行业,后来又应用到精炼与电厂工业。这种填料的特点是防腐蚀性很好,可以长期利用。塑料膜式填料更是冷却塔发展史上的一大创新,由于它增加了水与空气的接触面积从而具有更好的冷却能力。但是在冷却塔高温潮湿的工作条件下,塑料填料在工作3年左右后会发生老化变形的现象,影响冷却效率。而且冬季结冰也会对塑料填料造成比较大的影响,结冰引起负载增大,冰块将小块填料从栅格中拉掉,产生大量的填料碎片,阻塞滤网或凝汽器,影响机组的经济运行。近些年来,陶瓷填料渐渐应用于电厂冷却塔中。陶瓷填料的特点是防老化,不易发生几何变形,不脆裂,而且防腐蚀,耐酸、耐碱性能好。这种填料还有一个特点就是防冻性非常好,-150C浸透2h,融2h(室温水),反复50次不裂。所以陶瓷填料的寿命比较长,使用寿命的设计时间为30年。这种填料的初投资比较大,机组服役30年不用更换填料,运行维护维修费用相比其他材料也比较低。
    2. 形状分析。水滴的形状不同,决定了水在冷却塔填料中冷却的方式不同。斜管填料按照水在淋水填料中被淋洒成的冷却表面形式可分为点滴式、薄膜式和点滴薄膜式填料。
      1. 点滴式填料(splash packing)。点滴式填料是最早用于冷却塔的填料,是能将水溅成细小水滴的一种填料。填料按一定规则布置在塔内,当淋水下落时,碰到这种溅水条就会被溅碎成无数小水滴,通过层层溅落,水滴越来越细,分布也越来越均匀。淋水分成的水滴越小,形成的比表面积也就越大。淋水就是通过小水滴的巨大比表面积,利用水的蒸发以及空气和水的热传导带走水中的热量,达到冷却降温的目的。现在点滴式填料多用在横流塔中。这种填料包括木条、侧板、管状垂直栅格和水平栅格
        板。特点是具有好的反污染特性。但是与薄膜式填料相比,其单位体积的冷却效率要低很多。低的冷却能力决定了点滴式填料塔占地面积的增多和耗能的增加。点滴式填料的劣势在于这种填料大多是悬挂在塔内的,这就加大了安装的难度,而且悬挂系统并不如底部支撑系统耐用。还有,悬挂系统使塔内维护更加困难,它限制了塔的入口,即使把填料移走也很难进人塔内。但在大型横流塔中,点滴式填料仍在广泛使用,原因是这种填料对横向气流的阻力小,单位体积的耗材较小,允许淋水密度大。常见的形式有弧形板条、M形板、蜂窝形板等。
      2. 薄膜式填料((film packing)。薄膜式填料是能将水在填料表面最大限度地形成水膜的一种填料。薄膜式填料的出现是冷却塔填料的一大进步。这种填料是目前冷却塔应用最多最广的填料,它是一种被热压成各种波纹形状的PVC材质的薄片,使用时按一定片距粘接成一块块立方体放入塔内。当淋水下落时,淋水就会在这种填料片两个侧面形成两层薄薄的水膜。复杂波纹的填料片既有较大的比表面积,又能使淋水下流时不断再分布,增加淋水在填料片上的停留时问和分布的均匀性,淋水就是通过这种填料具有的巨大比表面积,利用水的蒸发以及空气和水的热传导带走水中的热量,达到冷却降温的目的。塑料薄膜式填料出现于20世纪70年代,先用于采暖通风空调工业,后来又发展到化工厂与电厂。当时斜纹薄膜式填料在美国市场占主要地位。薄膜式填料的换热性能很好,大约是点滴式填料的3倍多。其缺点是,由于薄膜式填料内的水速相对较慢,容易形成污染,造成冷却塔效率降低。薄膜式填料的设计目的是在最小的阻力损失条件下达到最大的传热和传质性能,基于这点,在减小能量损失的前提下增加填料的性能(提供更冷的水或冷却更多水的能力)是追求的口标。薄膜式填料由于形状的形式比较多,所以种类一也比较多,如图1-2所示。
      3. 薄膜式塑料淋水填料按板面结构可分为折波型、斜波型和复合波型,现将这三类波型淋水填料的板型结构、性能做一简要介绍。
        折波型:折波填料。折波填料板面为凸出的倒梯形折波和平截空心圆锥体。每个平截空心圆锥体下有一段长约125mm的直槽,将板面分成宽40mm的竖直长方形,使热水能均匀地分配在填料表面上,增加了散热效果。另外该直槽还起着增加板型刚度的作用,板面上的空心平截圆锥体用来保持片与片之间的距离(30rnm )。水流在直通道内流动,与斜波填料相比,不易被冷却水中的泥沙、异物堵塞,但由于它垂直设置,使一部分水滴在片与片之间时有落空,影响冷却效果。
        人字波填料:人字波填料板面为人字形波纹和凸出的平截空心圆锥体,片间距离为3Omm。热水落在填料板面上以人字形流动,由于它也是垂直设置,一部分水滴在片与片之间亦有落空,影响冷却效果
      4. 斜梯波填料。斜梯波填料板面结构是在折波填料板型的基础上进行了较大的改进后设计的。其优点有:把纵面相接的凸出倒梯形改成阶梯形的梯形,与片边的夹角成60,提高了散热效果;采用平截椭圆锥体凸台和凹坑设计,降低了通风阻力;填料片的上下边采用方形直波、梯形波相互交错排列,使落到填料片卜的水流均匀分布。椭圆锥体支柱下有长约18m的竖波将阶梯形波分隔成若干个小方块,这种竖波不仅可以增加板而刚度,而且还起着水流导向的作用。斜管填料
    3. 上述三种板型从其结构看都具有薄膜式和点滴式淋水填料的特点,斜梯波填料的板型较其他两种的板型设计得更为合理一些。
    4. 斜波型:50X20--60。斜波填料。斜波填料是20世纪70年代初研制的·种新型淋水填料,板面由波高20mm、波距50mm、与板边倾斜角为600的半圆形斜波纹组成,热水落在填料片上不会出现部分水滴落空的现象,水和空气在斜波组成的交错通道内进行充分的热交换,提高了冷却效果。由于空气主要在斜通道内流动,因此通风阻力小,该型填料对循环水水质要求较高。组装采用连杆串接,波形易变形,直接影响冷却效果。单位体积质量较折波型填料交,该种填料目前在机械通风冷却塔用得较多。
    5. T25-60。梯形波填料。该填料板面由波高25mm、波距50mm、与板边倾角为60的通孔等腰梯形波纹组成。通风孔面积较大,填料通风阻力低,防堵的能力有所提高,具有5ox20-60斜波填料的优点。组件单位体积质量比折波型填料大,片与片之间交错排列用螺杆串接,较折波型填料组装烦琐。该型填料只适用于逆流塔。
    6. 复合波型。复合波填料是引进比利时哈蒙索贝尔公司的制造技术和设备生产的一种填料。其板面结构特点为:板面主要由直的正弦波和直的梯形波组成,正弦波高25mm,波距55mm,梯形波高15mm,梯形波上底25mm,下底30mm;正弦波和梯形波交替排列于板面,即一组为正弦波,另一组为梯形波,共四组;波形纵向前后立面布置呈“弓”字样;上下两组不同波形过渡处分别有拱形凸凹台和圆形凸凹台,凸台高20mm;正弦波和梯形波
      的波面上有高约1mm的横向肋筋条,增加了有效散热面积,提高了冷却效果;单位体积组件质量较折波填料略大些。该型填料只适用于逆流塔。斜管填料
    7. 垂直波纹式填料一般只用于逆流塔中,水从填料顶部垂直进入,每隔50-100mm流道会有一个角度的转变,这种形式的角度转变贯穿整个填料的始终。还有一种垂直分支流式填料,用于逆流塔中,特点是水和空气保持垂直的流动,只在薄板的交界处产生分支,其设计时考虑微观结构上小表面的浮雕和波纹。
    8. 垂直波纹式填料在提高效率和防止污染方面都有不错表现。在过去的20年,它们被成功地用在了精炼厂和电厂的逆流式冷却塔中。然而,其平均冷却能力会比交错波纹式填料低15%。这种填料主要通过优化微观壁面的结构来提高热力性能。其垂直的流道使水流速度很高。从而可以避免了污染的产生。斜管填料
  • 点滴薄膜式填料(splash-film packing)。能使水流在被连续溅散成细小水滴的同时,也在填料表面形成薄水膜的填料叫做点滴薄膜式填料。现在有许多点滴式和薄膜式填料混合支装的冷却塔,设计者之所以这样考虑,主要源于以下几点。
  • 增强热力性能。逆流塔中,上部装薄膜式填料,下部为点滴式填料,这样可以降低填料对气流的阻力,并减少污染,所以可增加热力性能。横流塔中,设计者让两种填料交错排列,加强了冷却水与空气间的热、质传递过程,比单一的点滴式填料热力性能高。
  • 高温工况。在逆流塔中,PVC薄膜填料和高温PVC薄膜填料所允许的最高冷却水温度为52℃和57℃。更高温度时,顶部的填料就应该更换。在顶部安装点滴式填料可以很好地解决这个问题,该方法可使最高工况提高到82℃。
  • 加快检修速度。冷却塔运行过程中填料总会发生某些破坏,而破坏经常发生在冷却水量最大的时间段,一般顶部填料层最先会遭到破坏。可以用水平栅格或涡轮喷溅填料代替薄膜式填料,而且涡轮填料的体积是薄膜式填料1/7,所以更换起来比较迅速。运用这种填料,用户可以节省投资,降低年维护和运行费用。
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