余热电站冷源探讨及自然通风冷却塔研究

余热电站冷源探讨及自然通风冷却塔研究

杨云福 1

1.成都成发科能动力工程有限公司工程技术室，四川 成都 610052

摘 要：本文探讨余热电站冷源设计, 分析双曲线自然通风冷却塔冷却过程，研究快速创建双曲线冷却塔方案的手段。

关键词：余热发电；冷却塔；焓差法

1 余热发电冷源设计

余热发电遵循卡诺循环或塞贝克效应。无论采用卡诺循环还是塞贝克效应，要提高效率，都是提高冷热源之间的温差最直接。余热电站内，需要冷却汽轮机乏汽。1915年荷兰工程师Iterson发明双曲冷却塔。双曲面是一种直纹曲面，是由一条直线通过连续运动构成。因此钢筋在布置时不需要弯曲。

2双曲线自然通风冷却塔冷却过程分析

2.1 热力模型方程式

(1)

式中， ——填料容积散质系数 kg/(m³/h)

V——淋水填料总体积m³

^Q ——单塔处理水量m³/h

t₁——进塔水温℃

t₂——出塔水温℃

i——冷却塔淋水装置中对应于某点温度的空气比焓kj/kg

——与i对应的饱和空气焓kj/kg

K——蒸发水量带走的热量系数

(2)

积分式 ，其分点为b-a的0.102673倍、0.406204倍、0.593796倍、0.897327倍^【2】。按此整理后：

（3）

式中, ——水的比热 4.1868kj/(kg℃)

t₁——进水温℃

t₂——出水温℃

、 、 、 ——分别是四个点对应焓差，即 kj/kg

空气焓计算：

(4)

式中, ——干空气的比热1.005 kj/kg

——水蒸汽的比热1.842 kj/kg

——温度为0度时水的汽化比热 2500.8 kj/kg

——空气干球温度 ℃

——相对湿度

——进塔空气大气压kPa

——空气温度为t时的饱和水蒸汽分压力kPa

如取 ，可将（4）改写成为温度t时的饱和湿空气焓计算公式：

(5)

饱和水蒸汽分压力及相对湿度计算：

(6)

式中,T——绝对温度K

(7)

——空气湿球温度℃

——空气温度 时的饱和水蒸汽分压力kPa

将空气干球温度、湿球温度及大气压代入上述各式，求得空气的相对湿度及焓值，得出任意温度时的空气焓值。

2.2 阻力（气）模型

塔的通风阻力计算如下^【1】：

(8)

式中：H——冷却塔的通风阻力（Pa）

——计算风速，当计算全塔阻力时， 为淋水填料计算断面的平均风速；当计算冷却塔的局部阻力时， 为该处的计算风速（m/s）

——冷却塔的总阻力系数或局部阻力系数。

自然通风逆流式冷却塔的总阻力计算公式如下^【1】：

(9)

式中, ——总阻力系数；

——从塔的进风口至塔喉部的阻力系数（不包括雨区淋水阻力）；

——淋水时雨区阻力系数；

——淋水时的填料、收水器、配水系统的阻力系数；

——塔进风口面积与进风口上缘塔面积之比，0.35< <0.45;

D——淋水填料底部塔内径（m）；

——淋水填料计算断面的平均风速（m/s）;

——塔筒出口阻力系数；

——冷却塔淋水面积（m²）

——冷却塔出口面积（m²）

2.3 外形模型约束条件建立

塔筒的几何尺寸应满足要求^【1】：塔高与塔底部（0.0m）直径的比为1.2~1.6；喉部面积与壳底面积的比为0.30~0.50；喉部高度与塔高的比为0.75~0.85；塔顶扩散角范围为 =2°~8°；壳底子午线倾角为 =15°~20°；

建立单叶双曲线方程如下：

（10）

其单参数直线族为：

(u为参数)（11）

而过双曲线 上一点M( )的切线方程为：

（12）

由于双曲线塔a=b ,以双曲面喉部中心为原点，建曲面方程如下：

（13）

按方程（13），转化成平面曲线方程及约束条件得：

（14）

（15）

（16）

（17）

=0.3~0.5（18）

=1.2~1.6（19）

另外，还需加上阻力模型式(8)中的约束条件：0.35<

<0.45。

3验证

本文以某项目实物验证，施工图主要几何尺寸与计算结果对比，误差小于0.3%，设计结果见图1。

图1设计结果程序界面截图

4结论：本文通过研究，建立了双曲线自然通风冷却塔工艺计算模型。为快速创建双曲线冷却塔方案提供手段。

参考文献

1. GB/T50102-2003,工业循环冷却设计规范[S].北京：中国标准出版社，2003.

2. 赵振国.冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社，1996.

3. 王芝平等.直线方程 的几何意义，数学通报，2002.11.

4. 李德兴.冷却塔[M].上海：上海科学技术出版社，1981.

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