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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析

文檔作者：馬麟1 趙順安2 章立新1 文檔來源： 1．上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 2．中國水利水電科學(xué)研究院水		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年03月05日
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第15卷第3期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報v。1．15 N。．3
2017年6月
Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research June，2017
文章編號：1672—3031(2017)03—0213—05
冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析
馬麟1，趙順安“2，章立新1
(1．上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海200093； 2．中國水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)研究所，北京100038)
摘要：冷卻塔的冷卻能力是衡量其性能的重要參數(shù)，多數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)對冷卻能力的評價方法可分為冷卻水量法與冷
卻水溫法。本文通過一組實測數(shù)據(jù)對比分析了冷卻水量法與冷卻水溫法這兩種評價方法以及各標(biāo)準(zhǔn)間的差異性及
存在問題，得出國內(nèi)測試標(biāo)準(zhǔn)的冷卻水溫法評價結(jié)果比冷卻水量法和美國cTI標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果均偏差約2．3％的結(jié)
論。并分析出主要原因是標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計水溫差計算時風(fēng)量取值為實測風(fēng)量，為以后標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：冷卻塔；熱力性能評價方法；對比分析；差異性
中圖分類號：TQ051．5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10．13244兒cn ki．jiwhr．2017．03．008
1 研究背景
冷卻塔是將冷卻水在其內(nèi)與大氣充分直接或間接接觸，使水的熱量傳給大氣的一種設(shè)備”。，在工
業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中應(yīng)用十分廣泛。如電力行業(yè)中，作為提高凝汽器真空度的冷端設(shè)備，冷
卻塔的性能好壞直接影響發(fā)電機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性；又如化工行業(yè)和冶金行業(yè)中，各種機(jī)械設(shè)備
正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量如不能通過冷卻塔及時排出，嚴(yán)重時會造成設(shè)備的癱瘓從而停滯生產(chǎn)。因此，
有必要對冷卻塔的實際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測及性能計算，來評價冷卻塔的真實冷卻能力。
目前，國內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)∽。。關(guān)于冷卻塔熱力性能的評價方法主要分為：冷卻水量法及冷卻水溫法。
冷卻水量法是根據(jù)實測工況參數(shù)，求出修正到設(shè)計工況條件下的冷卻水量，再與設(shè)計水量相比來評
價；而冷卻水溫法是根據(jù)實測工況參數(shù)，按冷卻塔熱力性能曲線或公式，計算出實測參數(shù)下冷卻水
溫差并與該工況下的實測冷卻水溫差之比來評價。無論哪種方法，冷卻塔的冷卻能力實質(zhì)均應(yīng)該是
實際表現(xiàn)與設(shè)計表現(xiàn)的比值。兩者除計算公式不同外，在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中也有部分差異，如關(guān)于冷卻
數(shù)的計算：文獻(xiàn)[2]采用辛普森公式，日本標(biāo)準(zhǔn)’5。與美國CTI標(biāo)準(zhǔn)‘61采用切比雪夫公式；關(guān)于風(fēng)量的計
算：文獻(xiàn)[3]、美國cTI標(biāo)準(zhǔn)’6。采用風(fēng)機(jī)軸功率來計算，文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[4]及日本標(biāo)準(zhǔn)¨。等卻優(yōu)先采用
皮托管測定風(fēng)速來計算。關(guān)于不同標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，部分學(xué)者進(jìn)行了對比研究，如李德興"1對國內(nèi)標(biāo)
準(zhǔn)與美國cTI標(biāo)準(zhǔn)做了對比分析，認(rèn)為其最大不同是測量上的實施細(xì)則(測量風(fēng)量、水量等)，其他條
款相近；日本手?？∫徊?對比日本標(biāo)準(zhǔn)與美國cTI標(biāo)準(zhǔn)后，認(rèn)為美國cTI標(biāo)準(zhǔn)最大不同是評價時對實
測水量和實測風(fēng)量限制過嚴(yán)(須均接近設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值)，如若偏差較大則難以得到正確的性能評價等
等。而關(guān)于冷卻水量法與冷卻水溫法兩種評價方法，是否會造成評價結(jié)果的差異，目前還未有學(xué)
者做過這方面對比研究。本文以一個實測案例對冷卻水量法與冷卻水溫法進(jìn)行了比較，并將各個
標(biāo)準(zhǔn)心“1一同對比。發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[4]中的冷卻水溫法評價結(jié)果較冷卻水量法評價結(jié)果偏差了約
2．3％；各標(biāo)準(zhǔn)問的評價結(jié)果基本一致。
2冷卻能力評價方法
2．1 冷卻水量法各個冷卻塔測試標(biāo)準(zhǔn)心。1關(guān)于冷卻水量法的規(guī)定基本相同，即根據(jù)塔的實測工況參
數(shù)，求出修正到設(shè)計工況條件下的氣水比A。和冷卻水量Q。，再與設(shè)計水量Q。相比(如圖1)。圖中：Ⅳ
收稿日期：2017一Ol一20
作者簡介：馬麟(1992一)，男，河北邯鄲人，碩士生，主要從事冷卻塔方面的研究。E—m ail：791813689@qq．c0“
一213—
萬方數(shù)據(jù)
冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
圖l 冷卻水量法計算示意
理
實～ ＼L且』v ＼
水溫f： 水溫f：
圖2冷卻水溫法計算示意
為冷卻塔的冷卻數(shù)；A為氣水比，即進(jìn)塔干空氣量與進(jìn)塔水流量的比值。
評價指標(biāo)為：
G士門
仇a 2療2酋刈00％ n’
式中：叩。為評價指標(biāo)，％；G實為實測進(jìn)塔干空氣流量，kg／h；A。為修正到設(shè)計工況下的氣水比；Q。
為修正到設(shè)計工況下的進(jìn)塔水流量，kg／h；Q。為設(shè)計冷卻水流量，kg／h。
2．2冷卻水溫法除冷卻水量法外，標(biāo)準(zhǔn)乜。3中關(guān)于冷卻水溫法的規(guī)定也基本相同，均是根據(jù)實測工
況參數(shù)，按設(shè)計或制造單位提供冷卻塔的熱力性能曲線或公式，計算出實測參數(shù)下冷卻水溫差△￡．與
該工況下的實測冷卻水溫差△￡。之比(如圖2)，評價指標(biāo)為：
璣：竺×100％ (2) ”i×1uu％ 。2’
△f
式中：叼。為評價指標(biāo)，％；△￡。為實測的進(jìn)出塔水溫差，△f。=實測進(jìn)塔水溫一實測出塔水溫，℃；△f。。為
修正到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況后的進(jìn)出塔水溫差，△￡+實測進(jìn)塔水溫一修正后出塔水溫，℃。
不同的是，日本標(biāo)準(zhǔn)。51在計算出塔水溫時采用設(shè)計進(jìn)塔干空氣流量；而文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]卻采用
實測進(jìn)塔干空氣流量，此計算結(jié)果并不能代表冷卻塔應(yīng)有的設(shè)計溫差。
2．3美國cTI標(biāo)準(zhǔn)的特性曲線評價法美國cTI標(biāo)準(zhǔn)在國際上應(yīng)用較為廣泛，已被許多國家接受作
為評價冷卻塔熱力性能的依據(jù)舊。，故選此標(biāo)準(zhǔn)作為本次研究的對比參照。此評價方法與上述的冷卻水
量法基本相同，即：
叼2療2酋刈00％ (3)
所不同的是冷卻數(shù)計算采用切比雪夫公式。另外進(jìn)塔干空氣流量不是直接測定的，而是先測定
其風(fēng)機(jī)功率，根據(jù)風(fēng)機(jī)功率再計算進(jìn)塔干空氣量。采用下式計算：
弘G。㈠∽∽ ㈩
式中：G。、G。分別為實際進(jìn)塔干空氣流量、設(shè)計進(jìn)塔干空氣流量，kg，h；％、％分別為實測進(jìn)塔干空
氣比體積、設(shè)計進(jìn)塔干空氣比體積，m3／kg；P。、凡分別為實測風(fēng)機(jī)軸功率、設(shè)計風(fēng)機(jī)軸功率，kw；
B、幾分別為實測進(jìn)塔濕空氣密度、設(shè)計進(jìn)塔濕空氣密度，kg／m3。
2．4實測工況水量評價法在采用冷卻水量法進(jìn)行評價計算時，各標(biāo)準(zhǔn)從冷卻能力的概念出發(fā)，將
實測參數(shù)核算到設(shè)計工況。也可將設(shè)計參數(shù)核算到實測工況來評價，即：先根據(jù)塔的設(shè)計工況參
數(shù)，求出修正到實測工況條件下的氣水比A。和冷卻水量Q’。，再將實測冷卻水量Q章與之相比(如圖
1)。評價指標(biāo)按下式計算：
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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
仇璣a：2百擎2：萬墼刈×1叫00％％ (∞5’)
式中：G設(shè)為設(shè)計進(jìn)塔于空氣流量，kg／h；A。為修正到實測工況條件下的氣水比；Q。。為修正到實測工
況下的進(jìn)塔水流量，kg／h；Q空為實際冷卻水流量，kg／h。
2．5設(shè)計工況水溫評價法同2．4節(jié)，在運(yùn)用冷卻水溫法進(jìn)行評價計算時，也可將實測參數(shù)核算到設(shè)
計工況，具體為：根據(jù)設(shè)計工況參數(shù)，按實際冷卻塔的熱力性能曲線或公式計算出設(shè)計參數(shù)下的冷
卻水溫差△￡’。，與設(shè)計冷卻水溫差△￡。相比(如圖2)。評價指標(biāo)按下式計算：
仉=等×100％ (6)
式中：△￡。為設(shè)計冷卻水溫差，△屹=設(shè)計進(jìn)塔水溫一設(shè)計出塔水溫，℃；△￡’。為修正到實測工況后的進(jìn)
出塔水溫差，△f’。為設(shè)計進(jìn)塔水溫一修正后出塔水溫，℃。
2．6匯總各標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于冷卻塔熱力性能的評價方法主要分為兩種：冷卻水量法與冷卻水溫法。所
核算的工況也分兩種：設(shè)計工況與實測工況。表1將上述評價方法、所核算工況及涉及的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了
匯總，如下：
3評價方法對比分析
3．1實測案例本文采用了一組實測數(shù)據(jù)來進(jìn)行各個評價方法的對比分析。其中設(shè)計參數(shù)和驗收測
量值見表2。
表2設(shè)計參數(shù)與驗收測量值表3不同公式下Ⅳ值計算結(jié)果
設(shè)計熱力性能公式為：Ⅳ=1．3Ao 61
3．2冷卻數(shù)Ⅳ計算的差異各標(biāo)準(zhǔn)他“3對于冷卻數(shù)Ⅳ的計算公式主要分為兩種：辛普森公式和切比雪
夫公式。計算結(jié)果見表3。
由于各標(biāo)準(zhǔn)對后值(蒸發(fā)水量帶走熱量的修正系數(shù))的選用存在差別(文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[4]選用矗值進(jìn)
行計算，而文獻(xiàn)[1]文獻(xiàn)[5]文獻(xiàn)[6]不選用忌值)，所得出的冷卻數(shù)也稍有偏差，其中設(shè)計值最大偏差
6％。實測值最大偏差7％。
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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
表4冷卻水量法與冷卻水溫法評價結(jié)果
3．3冷卻水量法與冷卻水溫法評價結(jié)果對比各個標(biāo)準(zhǔn)陋。3采用冷卻水量法與冷卻水溫法評價計算后
的結(jié)果見表4。需要說明的是：文獻(xiàn)[3]在2008年進(jìn)行修訂時，對于冷卻水量超過1000t／h的冷卻塔，
性能評價方法由水溫降對比法(冷卻水溫法)改為冷卻水量法。
可以看出，針對本次案例，文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]中的冷卻水量法評價結(jié)果較冷卻水溫法偏差了
2．3％；文獻(xiàn)[5]中的冷卻水量法評價結(jié)果與冷卻水溫法是一致的。各個標(biāo)準(zhǔn)中采用冷卻水量法進(jìn)行評
價后的結(jié)果亦均一致。
3．4各標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果對比將文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]中的實測進(jìn)塔干空氣量改為設(shè)計進(jìn)塔干空氣量后進(jìn)
行評價，其結(jié)果同其他標(biāo)準(zhǔn)及方法的評價結(jié)果進(jìn)行對比，見表5。
表5各標(biāo)準(zhǔn)間評價結(jié)果
可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)間的評價結(jié)果均無差別，說明忍值的選用對各個標(biāo)準(zhǔn)、各個方法的評價結(jié)果影
響較小。此外，設(shè)計工況水量評價法、實測工況水溫評價法的評價結(jié)果較其他標(biāo)準(zhǔn)基本一致。
3．5數(shù)據(jù)分析
3．5．1 冷卻水量法與冷卻水溫法差別文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]中冷卻水溫法較冷卻水量法的評價結(jié)果偏
差了2．3％，在經(jīng)過將設(shè)計風(fēng)量代替實測風(fēng)量進(jìn)行評價計算后，其結(jié)果才達(dá)成一致。說明偏差因素僅
僅是實測干空氣量導(dǎo)致的，究其原因，是因為風(fēng)機(jī)的風(fēng)量屬于設(shè)定好的參數(shù)(即設(shè)計條件)，不可隨
意變動。而文獻(xiàn)[5]中兩種評價方法的評價結(jié)果本就一致，說明冷卻水量法與冷卻水溫法均能真實客
觀的反映冷卻塔的熱力特性。
另外，當(dāng)冷卻塔在進(jìn)塔水量偏離設(shè)計水量或在進(jìn)塔水溫偏離設(shè)計進(jìn)塔水溫等條件下運(yùn)行時，實
測出塔水溫往往達(dá)不到預(yù)期效果，且偏離程度越大，效果越差，這在一定程度上會影響冷卻水溫法
與冷卻水量法的真實評價。且在評價計算過程中由于冷卻水量法受實測進(jìn)塔干空氣量的限制更嚴(yán)
(實測干空氣量與水量、進(jìn)塔水溫等相關(guān)聯(lián)：水量變化會影響淋水密度和塔阻的變化，進(jìn)而影響風(fēng)
量；人塔水溫會造成空氣密度的變化亦會影響風(fēng)量)，其評價結(jié)果的偏差會比冷卻水溫法更大。
3．5．2各標(biāo)準(zhǔn)差別各個標(biāo)準(zhǔn)間主要存在參數(shù)取值、五值選取、計算公式等差別。經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)，
參數(shù)取值與計算公式造成的偏差可忽略不計，只有后值選取會對冷卻數(shù)計算造成較大偏差，但并不影
響其評價結(jié)果的一致。說明就同一組數(shù)據(jù)而言，各個標(biāo)準(zhǔn)均能得出相一致的評價結(jié)果。
3．5．3 實測工況水量評價法、設(shè)計工況水溫評價法的差別這兩種方法從冷卻概念角度來看，與冷
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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
卻水量法、冷卻水溫法并無差別，僅是核算工況相反。其評價結(jié)果的偏差在0．1％以內(nèi)，屬于合理范
圍。因此不失為一種有效評價冷卻塔性能的新方法。
4結(jié)論
在經(jīng)過對比分析了冷卻水量法與冷卻水溫法以及各標(biāo)準(zhǔn)間的差異性后，得出以下結(jié)論：(1)各個
標(biāo)準(zhǔn)對于|j}值(蒸發(fā)水量帶走熱量修正系數(shù))的選用雖存在差別，但不影響最后對冷卻塔性能結(jié)果的評
價，建議在冷卻塔性能評價計算中殼值取1。(2)國內(nèi)測試標(biāo)準(zhǔn)中冷卻水溫法的評價結(jié)果比冷卻水量
法偏差約2．3％。是因為冷卻水溫法中的風(fēng)量取值存在問題，應(yīng)將實測進(jìn)塔干空氣流量改為設(shè)計進(jìn)塔
干空氣流量，建議標(biāo)準(zhǔn)修訂時予以修正。(3)各個標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行冷卻塔評價計算時，無論是核算到設(shè)計
工況還是實測工況，對同一組數(shù)據(jù)均能得出相一致的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)：
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ComparatiVe analysis of cooHng tower thermal performance eValuation method
MA Lin2。ZHA0 Shunanl，2，ZHANG Lixinl
(1．Uni口e瑚i‘y q廠S^nng^。i扣r Science nnd丁0c危noZogy， Sc^ooZ可Ene79yⅡnd Po刪er Engineer打lg， 5^。，lg^口i 200093， c^in8
2．D印。rf，nen￡礦三哆dr。Hfic5，c^in。如s￡如Hte矽耽￡erResour℃es口nd^哆dropo塒erResenrc^，Be玎ing 100038，c^ind)
Abstract：The cooling ability is one of important parameters to measure the capacity of the cooling tower．Generally
speaking，the current cooling ability evaluation method consists of the cooling water yield method and the cooling wa—
ter temperature method．The study made a comparative analysis of the two kinds of cooling evaluation methods though
a group of testing data as well as the distinctions and limitations between the different standards．The result made a
conclusion that there exists a 2．3％deviation of the evaluation result between the domestic cooling water yield meth．
od and the cooling water temperature method as well as the American CTI evaluation standard．In addition，the causa—
tion of the results was also analvzed，which mainlv owns to the air volume which is calculated as the measured air vol—
ume during the design of water temperature diffbrence calculation of the standard，which proVides the technical sup。
port for the further standard modification．
KeywOrds：cooling tower； cooling ability evaluation method； ComparatiVe analysis； the distinc“ons
(責(zé)任編輯：李福田)

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