無(wú)風(fēng)冷卻塔綜合運(yùn)行能耗分析

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摘要： 無(wú)風(fēng)冷卻塔與機(jī)械通風(fēng)冷卻塔相比，噪聲小，節(jié)省了風(fēng)機(jī)電機(jī)的能耗，但無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔比機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的進(jìn)塔壓力高0.10Mpa左右，需要水泵提供更多的能量，與節(jié)省掉的風(fēng)機(jī)電機(jī)能耗相比之后，才能確定是否節(jié)能，不能簡(jiǎn)單地把要冷卻塔的進(jìn)塔水壓差折算成無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔的增加能耗，這是不準(zhǔn)確的。
關(guān)鍵詞： 無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔 水泵 綜合能耗

　　0概述

　　冷卻塔通過(guò)汽水交換把熱量帶入大氣中，是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔（亦稱(chēng)噴霧通風(fēng)冷卻塔、“免風(fēng)機(jī)電機(jī)”水力取風(fēng)冷卻塔等）由風(fēng)筒、收水器、塔體淋水篩網(wǎng)、噴霧裝置、進(jìn)風(fēng)百葉窗和集水盆組成。無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔噴霧裝置是一種射流元件，它取代了傳統(tǒng)冷卻塔的填料和風(fēng)機(jī)，噴霧裝置由旋流霧化噴頭、風(fēng)葉、密封轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成，利用液壓驅(qū)動(dòng)。低壓液流通過(guò)旋流霧化噴頭形成霧化，噴霧流的反作用推動(dòng)密封傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和風(fēng)葉作反向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生由下部吹向霧流的風(fēng)力，氣水比可達(dá)1.0~1.3。霧化水滴與進(jìn)塔空氣在霧化狀態(tài)下進(jìn)行熱交換，達(dá)到預(yù)期的降溫效果。從原理上，無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔不需要填料和風(fēng)機(jī)，節(jié)省了風(fēng)機(jī)的電耗，但綜合運(yùn)行電耗仍需進(jìn)一步測(cè)試計(jì)算，才能確定無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔在何種情況下節(jié)約能量。

　　要確定系統(tǒng)的綜合電耗，必須對(duì)循環(huán)冷卻卻水系統(tǒng)涉及到的要素進(jìn)行逐項(xiàng)分析，比如水泵的選型、水泵電機(jī)電耗、冷卻塔的放置位置及風(fēng)機(jī)電耗、空調(diào)機(jī)組的壓力損失、循環(huán)冷卻水管道及閥門(mén)的壓力損失等。通常機(jī)械通風(fēng)冷卻塔進(jìn)塔壓力要求一般在0.05MPa（個(gè)別塔型達(dá)0.10MPa），無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔進(jìn)塔壓力要求約 0.15MPa左右，就會(huì)比機(jī)械通風(fēng)冷卻塔高0.10MPa，對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)總的能耗而言，要以系統(tǒng)為基礎(chǔ)綜合各方面的因素進(jìn)行電能消耗比較。

　　1 冷卻塔的位置及循環(huán)冷卻水管道的壓力損失

　　冷卻塔設(shè)定放在建筑物的裙房屋面上，循環(huán)冷卻水管道總長(zhǎng)按70m計(jì)算，管道局部損失按沿途損失的30%計(jì)算。為了減少管道的損失，建議管徑≥DN200，V＜2.0m/s；DN100~150，V＜1.50m/s。管道計(jì)算流量以冷卻塔的循環(huán)水量為準(zhǔn)。以下是不同流量的循環(huán)冷卻水管道的流速、配管尺寸及管道損失等，見(jiàn)表1。

　　 表1 循環(huán)冷卻水管道的流速、配管尺寸及管道損失

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 管徑（mm） 　　 150 　　 150 　　 200 　　 200 　　 250 　　 300 　　 流速（m/s） 　　 1.24 　　 1.65 　　 1.37 　　 1.82 　　 1.67 　　 1.52 　　 管損（m） 　　 1.80 　　 3.20 　　 1.49 　　 2.65 　　 1.64 　　 1.06

　　續(xù)表1 循環(huán)冷卻水管道的流速、配管尺寸及管道損失

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 管徑（mm） 　　 300 　　 350 　　 350 　　 400 　　 400 　　 流速（m/s） 　　 1.90 　　 1.67 　　 1.95 　　 1.93 　　 2.15 　　 管損（m） 　　 1.66 　　 1.03 　　 1.41 　　 1.17 　　 1.45

　　實(shí)際以計(jì)算數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，建議總管損小于或等于0.05MPa，以節(jié)約能耗。

　　2 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套功率的確定

　　機(jī)械通風(fēng)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)功率參考“中小型玻璃纖維增強(qiáng)塑料冷卻塔”GB7190.1-1997中C型塔Δt=5℃的工況選定，根據(jù)其規(guī)定，實(shí)測(cè)耗電比不大于0.04kW(m³/h)，為了便于對(duì)照設(shè)計(jì)計(jì)算，還參考了良機(jī)集團(tuán)LRCM-LN、LBC-M塔的配套功率，具體工程應(yīng)以具體產(chǎn)品樣本進(jìn)行校核。以下是不同循環(huán)水量機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定功率及風(fēng)機(jī)耗能，見(jiàn)表2。

　　表2 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定功率

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 電機(jī)功率（kW） 　　 3.0 　　 3.7 　　 5.5 　　 7.5 　　 1.0 　　 15.0 　　 風(fēng)機(jī)耗能（kW） 　　 2.609 　　 3.217 　　 4.783 　　 6.522 　　 9.565 　　 13.043

　　 續(xù)表2 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定功率

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 電機(jī)功率（kW） 　　 18.5 　　 22.0 　　 30.0 　　 37.0 　　 45.0 　　 風(fēng)機(jī)耗能（kW） 　　 16.087 　　 20.000 　　 27.273 　　 33.636 　　 40.909

　　通常風(fēng)機(jī)選用時(shí)應(yīng)考慮功率儲(chǔ)備系數(shù)，其值宜取1.10~1.15之間。折算掉儲(chǔ)備系數(shù)后即為風(fēng)能消耗，計(jì)算時(shí)小于20kW的電機(jī)其儲(chǔ)備按1.15 折算，大于20kW的電機(jī)其儲(chǔ)備系數(shù)按1.10折算。

　　3 兩種塔進(jìn)水壓比較

　　無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔進(jìn)塔壓力參考良機(jī)LFC型冷卻塔，機(jī)械通風(fēng)冷卻塔進(jìn)塔壓力參考良機(jī)LRCM-LN和LBC-M兩種塔型，具體情況見(jiàn)表3-1和表3-2。

　　表3-1 LRCM-LN和LFC進(jìn)塔壓力比較

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 LRCM-LN進(jìn)塔壓力H­₁（m） 　　 3.0 　　 3.0 　　 3.5 　　 3.2 　　 3.5 　　 3.4 　　 LFC進(jìn)塔壓力H₂（m） 　　 14 　　 14 　　 14 　　 15 　　 15 　　 15 　　 水壓差ΔH=H₂-H₁（m） 　　 11.0 　　 10.8 　　 10.5 　　 11.8 　　 11.5 　　 11.6

　　續(xù)表3-1 LRCM-LN和LFC進(jìn)塔壓力比較

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 LRCM-LN進(jìn)塔壓力H­₁（m） 　　 3.5 　　 3.5 　　 3.5 　　 3.5 　　 3.5 　　 LFC進(jìn)塔壓力H₂（m） 　　 15 　　 15 　　 15 　　 15 　　 15 　　 水壓差ΔH=H₂-H₁（m） 　　 11.5 　　 11.5 　　 11.5 　　 11.5 　　 11.5

　　 表3-2 LBC-M和LFC進(jìn)塔壓力比較

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 LBC-M進(jìn)塔壓力H­₁（m） 　　 3.2 　　 3.5 　　 4.1 　　 4.1 　　 4.5 　　 5.5 　　 LFC進(jìn)塔壓力H₂（m） 　　 14 　　 14 　　 14 　　 15 　　 15 　　 15 　　 水壓差ΔH=H₂-H₁（m） 　　 10.8 　　 10.5 　　 9.9 　　 10.9 　　 10.5 　　 9.5

　　續(xù)表3-2 LBC-M和LFC進(jìn)塔壓力比較

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 LBC-M進(jìn)塔壓力H­₁（m） 　　 6.5 　　 6.5 　　 7.0 　　 7.5 　　 7.5 　　 LFC進(jìn)塔壓力H₂（m） 　　 15 　　 15 　　 15 　　 15 　　 15 　　 水壓差ΔH=H₂-H₁（m） 　　 8.5 　　 8.5 　　 8.0 　　 7.5 　　 7.5

　　 4 空調(diào)機(jī)組的壓力損失

　　 不同型號(hào)機(jī)組的壓力損失是不一樣的，本文以遠(yuǎn)大VII型直燃機(jī)（溴化鋰）的壓力損失進(jìn)行計(jì)算，具體工程以設(shè)計(jì)選定的機(jī)組為準(zhǔn)。不同冷卻水量的空調(diào)機(jī)組的壓力損失見(jiàn)表4。

　　 表4 空調(diào)機(jī)組的壓力損失

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 損失（MPa） 　　 0.07 　　 0.07 　　 0.07 　　 0.10 　　 0.10 　　 0.15

　　 續(xù)表4 空調(diào)機(jī)組的壓力損失

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 損失（MPa） 　　 0.12 　　 0.12 　　 0.12 　　 0.11 　　 0.11

　　5 水泵及其電機(jī)能耗

　?、?水泵揚(yáng)程

　　水泵揚(yáng)程的確定與冷卻卻循環(huán)水系統(tǒng)的形式有關(guān)，限于篇幅本文以下列冷卻循環(huán)水的圖式確定水泵揚(yáng)程：

　　這樣水泵的揚(yáng)程=空調(diào)機(jī)組水頭損失+布水器所需水頭（或塔體揚(yáng)程）+管道水頭損失，并假定冷卻塔的進(jìn)出水管均從塔的底部接入，其中管道損失考慮一定的余量按0.05MPa計(jì)算。不同流量、不同塔型水泵揚(yáng)程的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-1、5-2。

　　 表5-1 LRCM-LN塔和LFC塔水泵揚(yáng)程

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 LRCM-LN塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 15.0 　　 15.2 　　 15.5 　　 18.2 　　 18.5 　　 23.5 　　 LFC塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 26.0 　　 26.0 　　 26.0 　　 30.0 　　 30.0 　　 35.0

　　續(xù)表5-1 LRCM-LN塔和LFC塔水泵揚(yáng)程

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 LRCM-LN塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 20.4 　　 20.5 　　 20.5 　　 19.5 　　 19.5 　　 LFC塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 32.0 　　 32.0 　　 32.0 　　 31.0 　　 31.0

　　 表5-2 LBC-M塔和LFC塔水泵揚(yáng)程

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 LBC-M塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 15.2 　　 15.5 　　 16.1 　　 19.1 　　 19.5 　　 25.5 　　 LFC塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 26.0 　　 26.0 　　 26.0 　　 30.0 　　 30.0 　　 35.0

　　 表5-2 LBC-M塔和LFC塔水泵揚(yáng)程

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 LBC-M塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 23.5 　　 23.5 　　 24.0 　　 23.5 　　 23.5 　　 LFC塔所需水泵揚(yáng)程（m） 　　 32.0 　　 32.0 　　 32.0 　　 31.0 　　 31.0

　　 從表5-1、5-2的數(shù)據(jù)分析，LBC-M型塔所需水泵揚(yáng)程稍大，下文的計(jì)算均以表5-2的數(shù)據(jù)為依據(jù)。

　?、?水泵的能耗

　　 要得到水泵的能耗，必須先計(jì)算出泵的軸功率，并考查傳動(dòng)效率、電動(dòng)機(jī)的效率。文中以KQW型泵的參數(shù)進(jìn)行論述，該型泵采用電機(jī)直接連接，機(jī)泵軸完全同心，傳動(dòng)效率高，計(jì)算泵的能耗時(shí)該項(xiàng)忽略不計(jì)；電動(dòng)機(jī)的效率以其額定工況的效率進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)表5-2的數(shù)據(jù)選出合適的水泵，其流量、揚(yáng)程、電機(jī)功率 電機(jī)效率、泵的軸功率，泵的能耗等數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-3。

　　表5-3機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套水泵及無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔配套水泵能耗

　　 流量（m³/h） 　　 75 　　 100 　　 150 　　 200 　　 300 　　 400 　　 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套水泵 　　 型號(hào) 　　 100/110　　-7.5/2 　　 100/125　　-11/2 　　 125/125　　-15/2 　　 150/250　　-18.5/4 　　 200/250　　-30/4(Z) 　　 200/300-55/4 　　 揚(yáng)程（m） 　　 17.5 　　 20 　　 19.8 　　 20 　　 20 　　 25.66 　　 功率（kW） 　　 7.5 　　 11 　　 15 　　 18.5 　　 30 　　 45 　　 軸功率（kW） 　　 6.0 　　 8.8 　　 12 　　 13.96 　　 20.14 　　 40.51 　　 電機(jī)效率（％） 　　 86.2 　　 87.2 　　 88.2 　　 91 　　 92.2 　　 92.3 　　 能耗（kW） 　　 6.961 　　 10.092 　　 13.605 　　 15.341 　　 21.844 　　 43.889 　　 無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔配套水泵 　　 型號(hào) 　　 100/150　　-11/2 　　 100/160　　-15/2 　　 125/150-18.5/2 　　 150/315　　-30/4 　　 200/315　　-45/4(Z) 　　 200/315-55/4 　　 揚(yáng)程（m） 　　 30.6 　　 32 　　 28 　　 32 　　 32 　　 32 　　 功率（kW） 　　 11 　　 15 　　 18.5 　　 30 　　 45 　　 55 　　 軸功率（kW） 　　 8.53 　　 11.87 　　 15.3 　　 22.06 　　 31.22 　　 47.13 　　 電機(jī)效率（％） 　　 87.2 　　 88.2 　　 89 　　 92.2 　　 92.3 　　 92.6 　　 能耗（kW） 　　 9.782 　　 13.458 　　 17.191 　　 23.926 　　 33.824 　　 50.896

　　續(xù)表5-3機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套水泵及無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔配套水泵能耗

　　 流量（m³/h） 　　 500 　　 600 　　 700 　　 900 　　 1000 　　 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套水泵 　　 型號(hào) 　　 250/300　　-55/4 　　 300/425　　-55/6 　　 300/450　　-75/6 　　 350/480　　-110/6（Z） 　　 350/480　　-110/6（Z） 　　 揚(yáng)程（m） 　　 28 　　 24 　　 26 　　 26.4 　　 24.4 　　 功率（kW） 　　 55 　　 55 　　 75 　　 110 　　 110 　　 軸功率（kW） 　　 50 　　 48.75 　　 64.5 　　 84.44 　　 87.78 　　 電機(jī)效率（％） 　　 92.6 　　 91.6 　　 92 　　 92.5 　　 92.5 　　 能耗（kW） 　　 53.996 　　 53.221 　　 70.109 　　 91.291 　　 94.895 　　 無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔配套水泵 　　 型號(hào) 　　 250/315　　-75/4 　　 300/485-90/6 　　 300/485-90/6 　　 350/525　　-132/6（Z） 　　 350/525　　-132/6（Z） 　　 揚(yáng)程（m） 　　 33.41 　　 33.1 　　 32 　　 32.8 　　 31.4 　　 功率（kW） 　　 75 　　 90 　　 90 　　 132 　　 132 　　 軸功率（kW） 　　 63.25 　　 67.5 　　 74.25 　　 102.22 　　 101.44 　　 電機(jī)效率（％） 　　 92.7 　　 92 　　 92 　　 92.5 　　 92.5 　　 能耗（kW） 　　 68.231 　　 73.370 　　 80.707 　　 110.508 　　 112.908

　　 6 綜合能耗比較

　　 根據(jù)表2中機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套風(fēng)機(jī)電機(jī)的風(fēng)機(jī)耗能和表5-3中機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配套水泵及無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔配套水泵能耗數(shù)據(jù)，得出機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔綜合能耗，具體內(nèi)容詳見(jiàn)表6。

　　表6 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔的綜合能耗

　　 水量(m³/h) 　　 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔能耗N₁（kW） 　　 無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔能耗N₂（kW） 　　 機(jī)構(gòu)通風(fēng)冷塔風(fēng)機(jī)電機(jī)能耗N₃（kW） 　　 能耗差ΔN=N₁+N₃-N₂ （kW） 　　 節(jié)能效率(100ΔN)/N₃ （%） 　　 75 　　 6.961 　　 9.782 　　 2.609 　　 -0.212 　　 -8.13 　　 100 　　 10.092 　　 13.458 　　 3.217 　　 -0.149 　　 -4.63 　　 150 　　 13.605 　　 17.191 　　 4.783 　　 1.197 　　 25.03 　　 200 　　 15.341 　　 23.926 　　 6.522 　　 -2.063 　　 -31.63 　　 300 　　 21.844 　　 33.824 　　 9.565 　　 -2.415 　　 -25.25 　　 400 　　 43.889 　　 50.896 　　 13.043 　　 6.036 　　 46.28 　　 500 　　 53.996 　　 68.231 　　 16.087 　　 1.852 　　 11.51 　　 600 　　 53.221 　　 73.370 　　 20.000 　　 -0.049 　　 -0.25 　　 700 　　 70.109 　　 80.707 　　 27.273 　　 16.675 　　 61.14 　　 900 　　 91.291 　　 110.508 　　 33.636 　　 14.419 　　 42.87 　　 1000 　　 94.895 　　 112.908 　　 40.909 　　 22.896 　　 55.97

　　表6中節(jié)能效率，正值表示節(jié)能，負(fù)值表示不節(jié)能。

　　7 結(jié)論

　?、偃绻褭C(jī)械通風(fēng)冷卻塔系統(tǒng)改造成無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其原有的循環(huán)水泵既使考慮選泵時(shí)形成的壓力富余，基本上不能滿(mǎn)足無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔需增的能量要求。

　　②計(jì)算兩種塔型的能耗，無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔的需增能耗值不能采用兩種塔型的進(jìn)塔水壓差折算，必須通過(guò)比較兩種系統(tǒng)的水泵能耗及機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)機(jī)能耗才能確定。

　?、坌⌒退ā?00m³/h）采用無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔基本不節(jié)能，大型塔（≥400m³/h）采用無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔節(jié)能效果明顯。

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