冷却塔冷却效率低的原因分析

冷却塔冷却效率低的原因分析

庞耀

远大空调有限公司湖北长沙410000

摘要：冷却塔是中央空调系统中重要的辅助设备，其运行状况直接影响空调机组的COP和运行成本。冷却塔运行多年后，冷却塔冷却效率明显降低，导致冷却水温度降不下来，降低了机组的运行效率。

关键词：冷却塔；冷却效率低；原因分析；改造措施

1、前言

按照塔内水气的流动方式，通常将冷却塔分为逆流塔和横流塔。逆流塔的空气从下而上流动，水则由上而下，两者逆向流动。该类型塔的冷却效率相对较高，但是通风阻力偏大。而横流塔的空气水平流动，水流从上而下，两者流向正交。此类型的塔虽然冷却效率欠佳，可塔体内的大空间有利于空气、水等介质的充分热质交换，并且通风阻力小。目前对逆流塔的研究比较成熟，而横流塔近几年才受到关注，因此，如何充分利用该塔的结构来提高其冷却效率值得我们去探究。

2、冷却塔冷却效率低的原因分析及改造措施

尽管前人对横流式冷却塔进行了一定的研究，但由于其结构的特殊性与换热过程的复杂性，仍有很多影响其冷却换热效率的关键问题有待解决，具体包括塔体结构参数与运行参数对其冷却效率的影响。

2.1结构参数

（1）换热盘管类型

干工况下使用带翅盘管可以增加管外空气与管内流体的换热面积，也促进了换热流体的湍流，因此强化了空气与流体之间的换热效率，传热系数比光管高。目前工程上用的较多的类型是翅片管，但此类管子所需空间面积大，同时翅片造成的空气阻力也大。相比较波纹管所占面积小，阻力也小，但初投资成本较高。在湿工况下翅片管对喷淋水与管内流体的换热影响较小，相反翅片会阻碍两流体间的换热，并且增加了成本，所以在湿工况下光管更合适。

（2）盘管基管形状与管材

圆型是目前常用的管型，加工方便、成本低。当流速较低时圆管中心流体几乎无流动状态，使传热系数偏低。椭圆管的传热面积比相同湿周的圆管大80%，管内流速可提高至50%以上，紧凑性高，在相同容积内可布置更多管束。扭曲管型可使管外水膜的湍流程度增加，水膜在管外表面的滑移和更新速度更快，造成水膜厚度的减小和传热系数的增加，相对于圆管增加约36～61%。盘管采用金属管材具有较大的导热系数，有利于导热，但考虑到铜、铝等导热系数较大的金属都是贵金属，使用此类型的管材会导致设备投入成本过大，所以考虑到成本以及盘管强度可以选用钢管作为盘管基管材料。

（3）填料

当无填料时，闭式冷却塔将管内水的热量全都传给空气，填料作为表面增强剂可以强化换热，使得喷淋水在填料表面形成一层水膜，强化了空气与喷淋水之间的换热，因此填料的使用可以节省盘管，从而降低造价。但是填料也不是越多越好，如果盘管使用太少会使得冷却水的流速过大，导致冷却水泵能耗的增加。此外多孔介质的使用还能够提高喷淋水的回收效率。

（4）盘管布置方式

顺排布置（时冷却水流速较大，因为管内对流换热系数比叉排大，但是顺排时流道相对平直，在流速较低时会在管尾部形成滞流区，从而影响换热。叉排布置时，流体在弯曲通道中流动，增强了流体的扰动性，并且叉排布置为两程。经研究叉排布置时的冷却水出水温度比顺排低，具有更高的冷却效率。所以盘管一般采用正三角形叉排布置。

（5）喷水方式

目前普遍采用的喷淋方式有喷嘴式和淋水盘式。喷嘴式是在塔顶部按合适的间距布置喷淋管，然后在管子下部装设喷嘴，喷淋水在水压的作用下从喷嘴向四周撒开，形成细小的水滴下落，该形式的喷淋方式水滴细小，比表面积较大，且水滴均匀洒落。淋水盘式是将喷淋水送到塔顶部的布水器，喷淋水靠自身的重力和水滴间的作用力，从布水孔自由下落，该类型的喷淋方式减少了水泵的压力，喷淋水靠自身下落，也导致水滴的直径较大，塔内水滴分布不均匀等问题。

（6）挡水板（吸水器）

挡水板可以将排出的饱和湿空气中携带的细小水滴与空气分离，减少喷淋水的损失，降低飘损，从而节约喷淋水的用量。同时排出的空气中夹带的水滴时间久了也会对风机造成腐蚀、生锈等影响，因此挡水板的使用也保证了风机的使用寿命。但不同的挡水板形式，其挡水效果不同、阻力也不一样。所以，寻求一种挡水效果好、低阻力的挡水板形式对于提高冷却换热效率具有重要意义。

2.2运行参数

（1）喷淋水量

冷却塔的性能随着喷淋水量的增加而提高，当喷淋水量超过一定值后性能又逐渐下降。因为喷淋水量过少时，布水效果差使得盘管局部出现干斑，导致腐蚀；然后随着喷淋水量的增加，在盘管的外壁逐渐形成均匀且完整的水膜，有利于冷却水的散热；可是随着喷淋水量进一步的增加水膜厚度增加，较厚的液膜对蒸发式冷凝器外管的传热产生抑制作用，并且还会增加空气流动的阻力，使得冷却性能下降，因此，喷淋水量过多过少都会降低冷却塔的性能，研究表明喷淋水密度为100kg/（m•h）左右为宜。

（2）盘管内流体速度

盘管内流体速度在一定范围内增加有利于提高对流换热系数，而管内速度有个最优值，当超过这个速度时，冷却塔性能增加的较少。盘管内流速较小时，在盘管内上部可能形成空气流，严重影响冷却水与管外介质的热质交换；当盘管内流速较大时，由于流速过快，管外介质没有充足的时间与冷却水换热，并且会增加冷却水泵的能耗。从换热和能耗两部分考虑，管内冷却水的经济流速为1.5～2.5m/s。

（3）塔内空气流速

塔内空气流速过小，在干区没有足够的空气与喷淋水进行热、湿交换，使得空气带走的热量有限，从而降低对流换热系数；当塔内空气流速过大时在湿区会产生严重的飘水现象，影响冷却塔的性能，对于翅片管气流速度过大会使得在翅片区产生涡流影响换热。并且风速过大还会增加风机的能耗，噪声也会增加。已有文献表明，塔内空气流速为2.5m/s时冷却塔的整体性能较好。

（4）入口空气湿球温度

随着入口空气湿球温度的升高，冷却塔的冷却效率降低，湿球温度越高，空气达到饱和时所能容纳的蒸发水汽越多，即含湿量越大，空气能带走的热量越多；相反随着入口空气湿球温度的降低，空气所能承载的水汽和带走的热量较少，冷却效率降低。

（5）气水比

气水比过大，既可能是空气量过大，也可能是喷淋水量过小。当空气量过大，不仅会导致风机能耗增大，而且风速过大可能会使得小水滴被带出塔体，影响风机的性能；当喷淋水量过小，没用充足的水量与空气完全接触进行换热，使得冷却塔热湿交换效率降低。气水比过小，可能是空气量过小，也可能是喷淋水量过大。当空气量过小，导致没有足够的空气与喷淋水进行热湿交换，使得冷却塔冷却效率下降；当喷淋水量过大，过多的喷淋水会使得光管表面的液膜过厚，增加传热的阻力，降低了冷却水向外的传热能力，同时喷淋水量的增加会导致水泵能耗增大。同时横流的进水流量的分布均匀程度对传热性能也有重要的影响，应保证冷却塔进水流量的分布均匀，更有效的利用冷却塔传热面积，提高冷却塔传热性能。

3、结语

横流式冷却塔作为空调系统重要的一部分，通过合理的结构优化和调控策略，可以充分发挥其散热能力，降低其运行能耗和水量损耗。通过研究横流塔的结构和运行参数，采取相对应措施如：更换填料、调节布水器水力平衡、冷却水泵变频控制、冷却风机变频控制、调整风机叶片角度、加强水质管理等，获得塔内流体的经济流速以及塔的最佳结构，从而可提高塔的冷却效率，降低运行费用。

参考文献：

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