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冷却塔填料是什么?淋水填料性能与选择方法

时间:2018-04-21 来源: 浏览:269

      什么是淋水填料?

   “S”波淋水填料充分利用梯形斜波的合理设计原则, 同时增加水膜截流的次数,使水膜多次重分配且更趋于均匀。增加竖向凸纹滞留波,提高水膜横向扩散能力,能使在填料中水气热质交换更充分,同时使水膜下泄速度减缓,延长热质交换时间,提高冷却效果。填料片距大,单位体积重量轻,可防止污染物堵塞。水气接触面积大,流程长,横向扩散能力强,使水膜分布更均匀。组装质量轻,载荷强度高。

  淋水填料(packing)设置在冷却塔内,使水和空气间有充分接触,具有热、质变换表面的填充材料。

  冷却塔点滴式淋水填料

  点滴式淋水填料主要依靠水在溅落过程中形成的小水滴进行散热。在板条中,大水滴自上至下地不断掉到下层板条上被溅散成许多细小水滴而进行水面散热,得到冷却。

  在三角形板条作为淋水填料中,热水主要依靠以下三部分面积进行散热:水在环绕板条流动形成的水膜表面散热、在板条下部下降的大水滴表面散热、大水滴掉到板条上溅散成小水滴表面散热(水滴小,表面积大,散热效果好),其过程如图3-9 所示。

  点滴式淋水填料散热效果与淋水填料中板条的断面形状、板条间距、上下层板条的垂直间距、水力负荷、空气流速等有关。

  1. 板形与排列

  (1)常用板条形有三角形、矩形、弧形、十字形、M形、Ω形等。

  (2)常用排列形式有倾斜式、棋盘式等,见图3-10所示。

  三角形板条的宽面大多朝上排列,这种布置虽然固定不太方便,但有利于水滴的溅散,在逆流式冷却塔中可以减少通风阻力,因此应用范围广泛。矩形板条如果宽面呈水平布置,则水滴的溅散效果较好,但在逆流式冷却塔中,水平矩形板条会减少气流通道的面积,从而增加通风阻力。把矩形板条呈倾斜布置(倾角一般为45°,也有采用60°),既可减少通风阻力又可利用倾角起导风作用。

  2. 构造尺寸

  (1)常用点滴式淋水填料的构造尺寸见表3-1。

  (2)点滴式淋水填料基本上均应用于大塔中,因此层数越多,高度较高。其层数和高度为:机械通风冷却塔为13~33 层;开放点滴式冷却塔为10~23 层。逆流式机械通风冷却塔淋水填料高度一般为6~8m 。 (3 )50mm 板宽的窄板溅水条件好,阻力较小,是点滴式淋水填料常用板宽尺寸。在横流塔中一般采用水平放置形式,逆流塔中板条可以水平或倾斜(倾角α一般为60°)布置,倾斜布置可增大板条正反面水膜面积,有利于水的冷却。板条垂直距离的增大可使小水滴数目增多。

  3. 材料 板条材料有木材、竹片、钢丝网(或钢筋)、水泥板、塑料板等。

  (1)钢丝网(或钢筋)水泥板条:经久耐用,但制作要求高,钢筋平直不露筋,有一定保护厚度。现有钢丝网或钢筋水泥单块板条或组合整块式钢筋水泥板条,如图3-11 所示。此种板条如出现裂缝水分渗入后,易加速钢筋锈蚀。

  (2)塑料板条:大都用硬聚氯乙烯制作成十字架或T 字形板条,多用于中小型冷却塔。用硬聚氯乙烯制作的弧形板条,可用于较大的冷却塔,塑料板条耐腐蚀性能优良。

  (3)木质淋水板条:表面不必抛光,以利形成水膜。木板条要用煤酚杂油进行防腐处理。最好用无钉开孔结构组合,亦可用镀锌铁钉或竹钉企口结合。

  (4)竹制板条:选用生长多年的毛竹或淡竹、苦竹,以毛竹强度大,加工前要风干,板条加工后用煤酚杂油进行防腐处理。组装竹片先钻孔再钉,竹青面朝上。 宜尽量采用塑料板、钢丝网或钢筋水泥板,少用或不用木材。

  冷却塔薄膜式淋水填料

  为提高水的冷却效果,对薄膜式淋水填料研究较多,一度进展较快,取得较显著的成绩,如斜波交错填料,从20世纪80年代就被广泛地在逆、横塔中使用,至今方兴未艾。

  在薄膜式淋水填料中,热水以水膜状态流动,增加了水与空气的接触表面积,从而提高了热交换能力。薄膜式淋水填料的散热由三个部分组成:水膜表面散热,约占70 %;格网间隙中的水滴表面散热,约占20 %;水由上层流到下层溅散成水滴散热,约占10 %。因此提高水膜表面积是增强水冷却的主要途径。

  薄膜式淋水填料可分为平膜板式、波形膜板式、网格形膜板式、凸凹形膜板式等。是目前使用较多的淋水填料,在机械通风和自然通风冷却塔中被广泛采用。

  1. 平膜板式淋水填料

  常用的有木板条拼接的小间距平板淋水填料(图3-12 所示),用钢丝网水泥砂浆制作成的钢丝网水泥平板式淋水填料(图3-13 所示),板厚约8~12mm ,或用细钢筋水泥砂浆制作的板厚约12~20mm 。这种板取材容易,表面润湿性良好,使用期较长,但板厚度厚,重量大。厚度太薄施工困难并易挠曲出现裂缝。因此一般采用宽度不大于50m m ,长度不大于1200m m 的薄板,砂浆浇捣注意密实,否则水分易渗入板内,使钢筋(钢丝网)腐蚀。因此,有的冷却塔采用酚醛热压板作为平膜板式淋水填料,但酚醛树脂用量需比普通板增加一倍,以增强耐水侵蚀性。 其水冷却的基本原理是:热水沿板表面流下,形成很薄的水膜,通过接触传热和蒸发散热作用,将水的热量传递给空气,使热水得到冷却。

  2. 凸凹形膜板淋水填料

  由于水在平板膜上流动快,降落迅速,也容易集结成较大的水股流,减少了水膜表面,影响冷却效果。凸凹形膜板淋水填料可延缓水流下降的速度,又有利于水膜的一次又一次破碎和重新分布,提高了水的冷却效果。 此类淋水填料有梯形斜波、斜波交错、折波、点波、双向波、双斜波、双梯波等,前三种淋水填料见图3-14~图3-16 。此类淋水填料大都用硬聚氯乙烯片或聚丙烯片加热压制而成,片厚为0.3~0.5mm ,填料形状的设计,基本上需考虑以下方面:

  (1)有利于使水流破碎均匀分布于整个填料表面,形成均匀的水膜。

  (2)便于加工成规定样式,结构强度较好,加工、生产、安装成本低。

  (3)有一定耐水温能力,一般硬聚氯乙烯填料片耐水温不超过50 ℃,聚丙烯(改性)填料可用于65 ℃高水温场合。

  (4)通风阻力小,气流畅通。

  (5)斜波交错填料经久耐用,自重较轻,运输安装方便。

  系用硬质薄片(聚氯乙烯片、聚丙烯片、玻璃钢片、薄铝片等)压成斜波浪形。斜波倾角有30°、45°、60°、75°等,组装时相邻二片斜波倾角交错排列,所以常称斜交错波纹填料。通常使用的规格有35mm×15mm—60°、50mm×20mm—60°(波距×波高—斜角)两种。前者散热效率高,但孔眼小、阻力大、易堵塞;后者散热效率虽稍差,但孔眼大、阻力小、不易堵塞。斜交错波纹填料是机械通风冷却塔中应用最广的填料。逆流塔多用60°斜波填料,横流塔多用30°斜波填料。

  为使塑料填料表面的水湿润性能良好,可用经化学处理表面为亲水性的塑料制成,也有带花纹的塑料填料。冷却塔应采用阻燃型塑料填料,阻燃性能氧指数不得低于28。 部分硬聚氯乙烯凹凸形淋水填料规格见表3-2。

  淋水填料可采用承接式、拉杆式、黏结式等方法组装成块,各种方法要确保连接牢固,整体刚度好。同时应具有热力特性好、通风阻力小、组装刚度好、承载能力强、通道尺寸大、通畅性好、不易堵塞等基本特性,填料材料性能应达到以下要求:

  (1)热压成形前的平片应塑化均匀,无分散不良的辅料,外观色泽一致。

  (2)根据耐低温要求,淋水填料平片在材质上可分为普通型和耐寒型两种。当所在地区最低月平均气温低于-8℃时,应选用耐寒型平片。

  (3)平片的设计厚度宜为0.35~0.45mm,允许偏差为±0.03mm。

  (4)热压后的成形片的片边不得有破裂或明显缺口,片面不得翘曲、起拱。

  (5)成形片平面长、宽尺寸与设计要求允许偏差分别为±10mm及±5mm,片周轮廓成规则矩形,成形片最薄处厚度不小于0.2mm。

  (6)成形片经65℃热水浸泡72h耐温试验后的高度变化率不得大于5.0 %。 表3-3为电力行业冷却塔淋水填料的物理力学性能各项指标。

  冷却塔淋水填料的散热特性

  1. 板条表面的散热

  水膜在冷却塔内各种形状的板条表面流动时,要直接测量水膜冷却的散热系数和散质系数是很困难的,但研究稳定的热交换和物质交换过程的准则方程时,可以用相似理论的方程来分析热交换微分方程,并取得准则方程式如下:

  式中 Nu ——表征相界上交换强度的努谢尔特性准则及扩散准则;

  Rem ——雷诺数。

  常数C 及幂指数m 均为常数,通过实验确定。它是根据水和气流在管道和沟槽内的直径或宽度为d =u/π的条件下作为定形尺度,u 为板条截面的周长,求得三角形及矩形截面的板条以不同方式成束排列时的C 值及m 值,代入式(3-1)进行计算。

  适用于水膜横向绕流的三角形和矩形板条的常数C 及m 值见表3-6。

  2. 液膜的散热和散质

  当被冷却的热水流散成薄膜层时,交换系数主要取决于热水沿着流动表面的形状。从水膜沿圆形及矩形截面的垂直流道内表面流动时的散热和散质情况的研究中可以得出结论。当与水流动方向相反的空气流为流体力学上的稳定紊流时(Re>5000~13000;L/d≥50),其L 为管道或沟槽的长度并且当表征介质物理性质的普兰特尔热准则及扩散准则时,Pγ为0.72及PγD为0.63时,对界面上的热交换与物质交换准则可用下列公式来表示:

  此时,空气的流速是按薄膜表面的相对速度来计算的。即在逆流时:

  式中 w1——空气的绝对速度(m/s); w2——水膜的流速(m/s)。

  当水流从一种流态过流到另一种流态时,适用于水膜在矩形流道内流动场合下的交换准则为:

  准则Re 及式(3-5)中的常数C 及m 的数值列于表3-7 中,这些数据是在L /d 为2414 时用实验方法求得的。NUD随水温的升高而有所减小,如图3-19 所示,其原因部分是由于在试验中,水流表面的水蒸气分压力是按水的平均温度来确定的,但未考虑到水面温度下降的情况,热流密度愈大则对其低估的程度亦愈大。

  可见不仅要了解热交换强度而且还要熟悉容积散质系数的概念是非常必要的。在一般情况下不能将有限水面的蒸发和散热的实验结果直接应用于实践中,而是需要通过实验获得数据供设计中采用。

  除了淋水填料的断面形式不同影响热交换表面散热效果外,淋水填料的布置,即纵横方向的间隔(或孔径)水力负荷及空气流动速度都直接关系到蒸发冷却和散热效果。

  淋水板条的垂直间距S2减少即可增加淋水填料中板条的层数,同时也可增加一些水膜面积。如果减小淋水填料的横向间距或孔径、波距等,也能达到同样的效果,但过分地减少间距不仅不能增加散热而且收不到预期的效果,反而使通风阻力及材料消耗指标随之增加,在经济上是不合理的。

  淋水填料中的空气速度增大,可以使水滴降落及水膜流动时间延长,从而提高冷却能力。蜂窝、点波、斜交错、水泥格网、小波纹板等填料,具有较大的比表面积、孔隙率小等优点,故采用较高的淋水密度,并提高了填料中的风速,一般采用2.5~3.5m/s。与此同时,大量细小水滴可能随高速气流吹出塔外,增大了水量损失及动力消耗。机械通风点滴式冷却塔中风速一般取1.5~2.0m/s为宜,建议不大于2.8m/s,塔式冷却塔中的风速,一般采取0.5~1.5m/s。

  冷却塔淋水填料的选择

  淋水填料选用是否恰当,直接关系到冷却效果。应根据塔形、热力性能、阻力性能、通风条件、材质、检修、填料的支承方式和结构、循环水水温与水质以及造价等综合因素,通过技术经济比较后选择。

  1. 不同塔所要求的填料形式不同。如大中型逆流式冷却塔中,普遍采用塑料斜波、梯形斜波、水泥格网和塑料折波等;横流式冷却塔中普遍采用塑料斜波和水泥弧形板条等。即使对于逆、横流塔均适用的填料,也要注意在不同塔形中使用时的要求。如斜波填料在逆流式塔中采用60°斜波,而在横流式塔中采用30°斜波。

  2. 要求填料亲水性能良好,有较高的热交换性能和容许有较大的淋水负荷。塑料片制成的填料使淋水填料轻型化,体积缩小,单位体积的冷却表面积增大,可容许较大的淋水负荷,其热交换性能有很大提高。 希望气流流经淋水填料的阻力要小,气流分布要均匀。

  3. 填料的材料要易得,使用寿命长,安装和运输方便,价格便宜,容易维修。

  4. 采用塑料材质淋水填料时,需注意:

  (1)当循环水水质较差、未经处理、在填料表面易结垢时,不宜采用填料片间距较小的斜波、蜂窝等形式的淋水填料。

  (2)塑料的材质应达到规定性能的指标:

  1)在65 ℃条件下不发生几何变形。

  2)在设计最低气温条件下不破碎、不脆裂。

  3)在正常运行、使用条件下其寿命不少于20 年。

  4)具有良好的阻燃性能。

  5. 在设计淋水填料的支撑系统时,淋水填料的运行重量应计及以下各项:

  (1)填料的自重。

  (2)填料表面结垢及沉积物的重量。

  (3)填料表面的水膜重量,按填料片两侧表面各厚为0.5~1.0mm设计。

  (4)寒冷地区淋水填料下层可能形成挂冰荷载,视情况可采用150~250kg/m2 。

  水泥格网、折波、斜交错填料、梯形斜波填料具有冷却效果好、材料易得、耐久性好、通风阻力较小、气流分布性能好等优点,目前大型冷却塔采用较多,也有采用塑料格网、蜂窝等填料。中小型机械通风冷却塔大多采用硬聚氯乙烯制作的斜波、梯形斜波或其他填料。

  横流式冷却塔填料布置

  横流式冷却塔淋水填料的径深和高度,应根据工艺对冷却水温的要求、塔的通风形式、塔的造价和经常运行费用等因素,进行一系列技术经济比较后确定。淋水填料径深与高度之比值,一般可采用以下数值:

  1. 机械通风冷却塔不宜大于0.5。

  2. 风筒式冷却塔: 淋水面积大于1000m2宜为0.7~1.0。

  淋水面积小于或等于1000m2宜为0.4~0.7。

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