張琳
（中國(guó)電子工程學(xué)院，北京210094）

　　摘　要：由于濕空氣的回流和干擾，造成對(duì)冷卻塔周圍氣象參數(shù)的影響。設(shè)計(jì)中若不對(duì)回流和干擾的影響進(jìn)正，將影響冷卻塔計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了溫空氣的回流和干擾對(duì)氣象參數(shù)影響的修正方法。
　　關(guān)鍵詞：冷卻塔；濕空氣；空氣回流
　　中圖分類號(hào)：TU991.42
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）03－0041－03

1 問題的提出

　　在一些工業(yè)項(xiàng)目的改擴(kuò)建中一方面因工程擴(kuò)建，循環(huán)冷卻水量增大；另一方面，利用原有建筑擴(kuò)建，面積受到限制。冷卻塔成組布置時(shí)會(huì)引起濕空氣回流，使冷卻塔的冷卻效果下降。
　　濕空氣對(duì)冷卻塔的影響分回流和干擾兩部分。回流是指進(jìn)人冷卻塔的空氣中混入一部分本塔排出的濕熱空氣。如圖1所示[1]。

　　圖1中表示由于自然風(fēng)的作用，在背風(fēng)側(cè)形成的回流。無(wú)自然風(fēng)時(shí)，由于進(jìn)風(fēng)口處的吸力，也可形成回流，但比有風(fēng)時(shí)要弱。
　　干擾是指人塔空氣中混人一部分從附近其他的塔排出的濕熱空氣。這些濕熱空氣被吸入塔內(nèi)，使進(jìn)人冷卻塔空氣的焓熱量增加，冷卻塔本身的效果降低。如圖2所示。

　　當(dāng)冷卻塔為組合多格布置時(shí)，回流和干擾同時(shí)存在，所以要預(yù)先計(jì)算濕空氣回流和干擾對(duì)冷卻塔的影響，以便修正進(jìn)入冷卻塔的氣象參數(shù)。

2 濕空氣的回流干擾

2.1 進(jìn)塔空氣的焓和含濕量的修正
　　 濕熱空氣回流的影響計(jì)算如下：設(shè)大氣熱焓為i1，考慮回流因素，按回到冷卻塔內(nèi)的空氣和水的熱平衡關(guān)系建立方程：
　　

　　 式中：C——進(jìn)塔空氣總量，kg／h；
　　　　　Gr——回流空氣量，kg／h；
　　　　　i1、x1——分別為進(jìn)塔空氣的烙和含濕量，kJ/kg和kg／kg；
　　　　　i2、x2——分別為回流空氣的焓和含濕量，kJ／kg和kg／kg；
　　　　　i1、x1′——考慮回流混合進(jìn)塔空氣的焓和含濕量，kJ／kg和kg／kg；
　　　　　Gr/G稱為循環(huán)率（或回流系數(shù)），用Rc表示。

　　式中Ψ、Pn分別為空氣的相對(duì)濕度和水蒸氣的分壓力，可查表計(jì)算。
　　由于水所放出的熱量全部被空氣所吸收，由如下平衡關(guān)系可知：
　　G(i₂-i₁′）＝Q（t₁-t₂)+Qut₂ (6)
　　式中：O為蒸發(fā)水量，并與熱負(fù)荷成正比，其值為
　　Qu=0.00085Q(t₁-t₂) (7)
　　由公式（3）、公式（6）、公式（7）可得修正后的空氣焓的計(jì)算公式為^[2]：
　　i₁′＝i₁[Rc/(1-Rc)](Q/G)](t₁-t₂)(1+0.00085t₂)=i₁+(1+0.00085t₂)[RC/(1-Rc)][△t/λ］　　　（８）
　　而i1=1.00488θ+0.622×（2491.265+1.968θ)[ψPn″/（P-ψPn″） （9）
　　式中：λ為氣水重量比。
　　由Qu=G(x₂-x₁′)和公式(4)可得修正后的空 氣含濕量的計(jì)算公式為：

　　x1′=x1+[Rc/(1-Rc)(Q/G)(t1-t2)×0.00085=x1+[(0.00085Rc/(1-Rc)](△t/λ］ (10)

2.2 塔群長(zhǎng)度和塔距的修正
　　由冷卻塔塔群長(zhǎng)度引起的對(duì)冷卻塔回流和干擾影響的計(jì)算，其中再循環(huán)率或回流系數(shù)Rc一般按下式計(jì)算^[1，3]： 　　　　　　　　Rc=0.22ι/（1+0.012ι)% (11)
　　式中：ι——冷卻塔的總長(zhǎng)度，m。
　　②由冷卻塔塔距引起的對(duì)冷卻塔的回流和干擾，其回流系數(shù)為Ｒe。
　　美國(guó)冷卻塔協(xié)會(huì)（CTI)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)歸納出冷 卻塔最大回流系數(shù)和塔距的函數(shù)關(guān)系^[4]：

　　Re=[0.073L/(1+0.004L)]% (12)

　　式中：Re——回流系數(shù)；Re＝Ge／G；
　　　　　　Ge——回流空氣量，kg／h；
　　　　　　L——塔間距，m。

3 計(jì)算實(shí)例

　　下面以某廠動(dòng)力改造項(xiàng)目為例，計(jì)算回流和干擾對(duì)氣象參數(shù)的影響。冷卻塔布置見圖3。
　　已知條件：塔群長(zhǎng)度ι＝17.16m，塔群間距L＝5m，進(jìn)水溫度t1=38℃，出水溫度t2＝33℃，溫差△t＝5℃，干球溫度θ1=37℃，濕球溫度τ₁=26.8℃，大氣壓P＝0.098MPa，冷卻水量Q=1200m³／（h.·組）（τ＝27℃，t₁＝38℃，t2= 33℃），風(fēng)量G＝1690m³／（min·臺(tái)），臺(tái)數(shù)二6臺(tái)／組。
　　求：考慮回流和干擾，混合進(jìn)塔空氣的烙和含濕量及修正后的干球和濕球溫度即i₁′和x₁′及θ₁′和τ₁′解法如下：
3.1 塔群長(zhǎng)度引起的回流和干擾對(duì)氣象參數(shù)的修正
　　①根據(jù)公式（11）得回流系數(shù)Rc

　　Rc=(0.22ι/1+0.012ι)%=(0.22×7.16)/(1+0.012×17.16)%=3.7752/1.2059%=3.13%

　?、诟鶕?jù)τ1=26.8℃，θ1＝37℃，查空氣相對(duì)濕度計(jì)算表，得進(jìn)塔空氣相對(duì)濕度ψ1=0.45 ；
　?、鄹鶕?jù)P=0.098MPa，θ1＝37℃，ψ1=0. 45，查飽和水蒸氣壓力表，得 Pn″＝0·006612MPa。
　　進(jìn)塔空氣的比重為：
　　
　?、莞鶕?jù)P=0.098 MPa，θ1＝37℃，ψ1＝0.45，查空氣含熱量計(jì)算圖得
　　　i₁=87.09(kJ/kg)
　?、抻?jì)算進(jìn)塔空氣含濕量
　　　x1=0.622[ψPn″/（P-ψPn″）]
　　　　=0.622×[（0.45×0.006612)/(0.098-0.45×0.006612)]
　　　　=0.019485(kg/kg干空氣）
　　⑦ 考慮回流混合進(jìn)塔空氣的焓
　　　i1′=i1+[Rc/(1-Rc)](t1-t2)(1+0.00085t2)×4.187
　　　　　=i1+(1+0.00085t2)[(Rc/(1-Rc)][△t/λ]×4.187
　　　　　=87.0896+(1+0.00085×33)[0.0313/1-0.0313]×(5/0.524)×4.187
　　　　　=88.4294(kJ/kg)
　?、嗫紤]回流混合進(jìn)塔空氣的含濕量
　　　x1′=x1+[Rc(1-Rc)(Q/G)(t1-t2)×0.00085
　　　　　=x1+[0.00085Rc/(1-Rc)[△t/λ]
　　　　　=0.0195+[(0.00085×0.0313)/1-0.0313]×(5/0.524)
　　　　　=0.0198(kg/kg)
　　⑨根據(jù)P=0.098MPa，θ1′=37.58℃，ψ1=0.45，查空氣相對(duì)濕度計(jì)算圖得，τ1′=27.5℃。即由于濕空氣的回流導(dǎo)致進(jìn)塔空氣濕球濕度升高△τ=27.5-26.8=0.7℃。
3.2 塔間距引起的回流和干擾對(duì)氣象參數(shù)的修正
　?、俑鶕?jù)公式（12）
　　　　　Re=[0.073L/(1+0.004L)]%=[(0.073×5)/1+0.004×5)]%=0.36%
　?、?考慮干擾混合進(jìn)塔空氣的焓
　　i1′=i1+[Rc/(1-Rc)](Q/G)(t1-t2)(1+0.00085t2)×0.418
　　　　=i1+(1+0.00085t2)[Rc/(1-Rc)](△t/λ)×4.187
　　　　=87.09+(1+0.00085×33)[0.0036/(1-0.0036)(5/0.524)×4.187
　　　　=87.2361(kJ/kg)
　?、劭紤]干擾混合進(jìn)塔空氣的含濕量
　　
　?、莞鶕?jù)P=0.098MPa，θ1′=37.03℃，ψ1=0.45，查空氣相對(duì)溫度計(jì)算表，得τ1′=27.0℃?！鳓?0.2℃。
　　⑥濕球面三角形溫度總修正值
　　　　　∑△τ=0.7+0.=0.9℃
　　修正后的濕球溫度
　　　　　τ1′=26.8+0.9=27.7℃
　?、吒汕驕囟瓤傂拚?br> 　　　　　∑△θ=0.58+0.03=0.61℃
　　修正后的干球溫度θ1′=37.61℃
　　設(shè)計(jì)時(shí)所采用的冷卻塔入口混合氣象參數(shù)為：
　　　　　θ1′=37.61℃,τ1′=27.7℃,ψ1=0.45。

4 結(jié)論

　　根據(jù)以上計(jì)算可見，由于濕空氣的回流和干擾，造成對(duì)冷卻塔周圍氣象參數(shù)的影響，實(shí)際氣象參數(shù)比原來提高了很多，于球溫度提高0.61℃，濕球溫度提高0.9℃，如不加以重視，將使冷卻塔的冷卻效果受到影響。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 趙振國(guó).冷卻塔[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1994.
　　[2] 李德興.冷卻塔[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1981.
　　[3] N P徹雷密西諾夫，P N徹雷密西諾夫.涼水塔[M].北京：石油工業(yè)出版社，1984.
　　[4] GBJ102－87.工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范條文說明［S］；

　　作者簡(jiǎn)介：張琳（1967－），女，北京人，高級(jí)工程師，從事電子行業(yè)給排水設(shè)計(jì)，1991年畢業(yè)于清華大學(xué)環(huán)境工程系，學(xué)士學(xué)位，電話（010）68207632。