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1、冷却塔冷却效率评价方法 摘要：利用图形法和EXCEL电子表格编程，对冷却塔冷却效率作出简单直观的判 断,既方便又准确，大大简化了计算程序。关键词：冷却塔冷却效率电子表格编程 1前言 冷却塔的热力计算相当复杂，手算程序尤其繁琐，并且还涉及到查表，而目前 市场上虽然有一些商业性的软件，但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的，对于大型的工业冷却塔而言，计算起來误差较大，并且使用起来不方便，图形 法分析能省去计算，但存在只能定性分析而不能定量分析等缺陷，考虑到熔差 法计算是冷却塔热力计算的基础理论，结合冷却塔工艺热平衡图，笔者釆用 EXCEL电子表格设计了热力计算程序，只需具备EXCEL编辑公式的能力就
2、可直 接操作，操作简单，方便实用。非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程 技术人员使用。2理论分析 .(1)Q：冷却水量，m3/h B xv:容积散质系数，kg/m3h k:蒸发水量散热系数 i,i”空气焙值,饱和焙值,kj/kg Cw:水的比热，kj/kgC 式(1)中右边表示冷却塔的冷却任务的大小,称冷却数或交换数。与设计的进出 水水温、温差以及大气气象条件决定的，左边为选定的淋水填料所具有的冷却 能力，称冷却特性数，与选择填料的热力性能和气水比有关，对于给定的冷却任 务而言，可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务。(1)式右边可用 1所示的冷却塔工艺热平衡形象地表述水与空气之间的
3、关系及焙差推动力。图1:冷却塔工艺热平衡 图1中AB线为饱和熔曲线，与进出水温度tl和t2有关，CD线为空气操作 线，C点对应为进塔空气焙，D点对应为出塔空气焙，CD线与取决于大气条 件、气水比X以及温差。其中，为平均温度，。3评价 结合图1的原理，利用EXCEL编程计算冷却效率，可以简化查表步骤，既方便 又快捷。图6：冷却塔冷却数计算表格的表头制作 首先设计如图6所示的表头，图中BH项为设计者直接填入数值,IX项为计 算机自动显示值处，下面分步介绍自动计算表格的设计。1).饱和水蒸汽压力的计算 计算饱和水蒸汽压力 式中T二273+0(0为空气温度 C)Pq二98.065X10E(kpa)则相
4、当于湿球温度T的水蒸气压力编写方法是用鼠标单击K6处，然后在如图 所示的编辑输入二98.065*10(0.014196-3.142305*(1000/(273+D6)-1000/373.16)+8.2*Lg(373.16/(273+D6)-0.0024804*(373.16-(273+D6),输 完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此 时相当于湿球温度T水蒸气压力公式编辑完毕。同理，相当于干球温度0的 水蒸气压力编写方法是用鼠标单击L6处，将上式中的D6改为E6即可。2).相对湿度的计算 相对湿度可按 进行计算，则相对湿度的编写方法是用鼠标单击M6处，然后在
5、如图所示的编辑栏输入二(K6-0.0006628*F6*(E6-D6)/L6,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕 弹出对话框，再单击“Enter”键，此时相对湿度的公式编辑完毕。3)湿空气容重的计算 湿空气容重可按 进行计算,则湿空气容重编写方法是用鼠标单击N6处，然后在如图所示的编辑栏输入 二(F6-M6*L6)/0.287/(273+E6)+M6*L6/0.4615/(273+E6),输完之后单击编辑 栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时湿空气容重公 式编辑完毕。4)气水比的计算 气水比按 进行计算，则气水比编写方法是用鼠标单击06处，然后在如图所示的编辑栏输
6、入 二N6*H6/1000/G6,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话框，再单击大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选
7、择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式“Enter”键，此时气水比公式编辑完毕。5)饱和空气焰的计算 为方便统一的公式编辑，同时省去查表的步骤，可引入内田秀雄1给出饱和焙 与温度的关系式：，即图中的AB线，此关系式在2040 C误差仅为1%,因此 tl对应的饱和空气熔的编写方法是鼠标单击P6处，然后在如图所示的编辑栏 输入二8.265-0.24*B6+0.0254*B62,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待 屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键，此时tl对应的饱和焙公式编辑完毕。t2.对应的饱和焰编写方法同tl对应的饱和空气焙的编写方
8、法，将上式中 的B6改为C6、J6即可。6)进出塔空气焰值的计算 由图1可以看出进塔空气熔可近似等于湿球温度T对应的饱和空气焰，因此 il编写方法同tl对应的饱和焙，只是将上式中的B6改为D6。空气操作线CD 上任意一点可用求出。因此i2编写方法是鼠标单击T6处，然后在如图所示的 编辑栏输入二S6+I6/06,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕弹出对话 框，再单击“Enter”键，im编写方法是鼠标单击u6处，然后在如图所示的编 辑栏输入二(S6+t6)/2。7)逆流塔冷却数的计算 考虑到计算精度，逆流塔冷却数的计算积分釆用辛普逊(Simpson)二段 公式作简化计算：则Q编写方法是鼠标单
9、击V6处，然后在如图所示的编辑栏输入 二16/6*(1/(P6-T6)+4/(R6-U6)+1/(Q6-S6),输完之后单击编辑栏右侧的等于 号，待屏幕弹出对话框，再单击“Enter”键。8)横流塔冷却数的计算 先按求逆流塔冷却数的方法求出Qn,再除以修正系数FOo大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单
10、方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式F0的编写方法是鼠标单击W6处，然后在如图所示的编辑栏输入二1-0.106*(l-(Q6-T6)/(P6-S6)3.5,输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕 弹出对话框，再单击Enter”键。QH的编写方法是鼠标单击X6处，然后在 如图所示的编辑栏输入二V6/W6，输完之后单击编辑栏右侧的等于号，待屏幕 弹出对话框，再单击“
11、Enter”键。此时整个计算程序编写完毕。用此程序校验 手算值(上海科学技术出版社1981年出版的冷却塔及中国建筑出版社 1986年出版的给水排水设计手册第4册书中的例题(见表1)o 表1：手算和电算结果对照表 塔型 逆流塔(2)横流塔(3)参数 气水比X 0.5 0.6 0.9 1.0 进塔温度(C)40.24 40.24 40.24 45 出塔温度(C)32大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理
12、论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式35 干球温度（C）25.7 25.7 25.7 24 干球温度（C）22.8 22.8 22.8 30 大气压力（Kpa）99.658 99.658 99.658 99.293 结果 手算冷却Q 1.024 0.861 0.69
13、2 0.613 电算冷却Q 大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当
14、的填料以及填料体积來满足冷却任务式0.97大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而
15、言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式0.82 0.68 0.63 差值（%）5.56%5%1.76%2.7%从表1可以看出手算和电算值结果相差不大（1.76%5.56%），因此釆用此程序 可信度较高。下面结合某横流塔儿种不同的测试工况，利用此EXCEL程序对其判断（见图 7）。表2：某大型横流塔设计及测试情况 项目 设计条件 测试工况1 测试工况2 测试工况3 水量（m3/h）3300 3520 3520 3150 干球温度（C）大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针
16、对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式32.3 36.2 31.4 湿球温度（C）28 29.1 26.05 26.27 进水温度（C）43 37.4 39.17 39.14 岀水温度（
17、C）33 31.8 33.16 32.11 风量（m3/h）243000 246000 242000 253000 大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有
18、的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式大气压力（Kpa）99.96 100.9 101.42 99.96 图7：某横流塔冷却数计算结果值 将测试的三个工况的BF项直接填入表格中，然后用鼠标单击16处，按住鼠标,按住鼠标左键不放，将鼠标拖至X6处，将鼠标移至X6右下角，待光标变成小“+”时，按住鼠标左键不放，将鼠标移至第9行，就可完成复制工作，在7、8、9 行处计算机可以自动显示数值，测试工况1冷却数计算值大于设计值，填料的 容积散质系数比设计值大，能满足冷却任务，而测试工况2、3均低于设计值(工 况2是在该冷却
19、塔运行六年后进行测试的，工况3是该冷却塔在更换填料后进 行测试的)，尤其是运行六年后，填料的容积散质系数下降幅度较大，己不能满 足冷却任务的需要。而改造后也未达到设计任务的要求，因此还存在着改造的 缺陷。单纯从冷却数的大小不容易看出冷却效率降低多少，可以将不同工况下 的冷却数修正到设计条件下，求出出水温度或水量。具体操作步骤见图8、图 9o 图8：修正至设计条件下出水水温校核图 将设计条件下的工况复制至第10行处，然后保持水量不变，将出水温度空出，再在空栏处填入出水温度，直至填入的温度满足测试工况条件下的冷却数值。由图可以看出，修正到设计条件下，出水 图9：修正至设计条件下出水水温值 水温为3
20、2.5 C时，满足要求，因此该塔的冷却效率为(43-32.5)/(43-33)X100%=105%,同理可将工况2、3修正到设计条件下得到出水温度为33.9 C和 33.2 C,因此冷却塔效率分别为91%和98%。分析其改造不成功的原因主要有：填料片间距过大，水力停留时间短 由于横流塔百叶窗的安装角度不合理，同时由于横流塔支撑架多，在安 装过程中不可避免地在原百叶窗上开孔，如果对有孔部位不进行修补，横流塔 溅水相当厉害，尤其在不开风机时加剧，造成冬季百叶窗易结冰，导致白叶窗 及挡水板变形，向外凸出，水直接冲击边层填料，形成水幕，并且自上而下越 來越密，无形中增加了风机的运行阻力，减少了风量，同
21、时水幕对边层填料具 有冲击破坏作用，加剧了填料的部分垮塌。因此在改造过程中不可忽视，在挡 水板凸出处再插入新的挡水板。未综合考虑整个气室的配风均匀性，填料安装没有按照上密下疏的原则，同 时填料安装并未交错安装，影响了填料的热力性能。由于横流塔内部结构本身复杂，填料支撑架过多，同时每层填料间安装了填 料框，无疑这些增加了风机的阻力，对于钢筋支撑架而言，要改造己很困难，但可以撤消填料框架，用相同材质的PVC板代替填料框架。减少风机的运行阻 力。大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对
22、小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式 由于风机的抽吸作用，有部分水飘落在收水器与填料之间，未经过充分换 热，由上自下逐渐增加，因此可考虑略微增加原底部12层填料深度，以保证 充分换热。当
23、然单凭某一工况的测试就对冷却塔的热力效率作出评价，不是非常严谨的，如要对冷却塔作出科学合理的判断，按照NDGJ89-89工业冷却塔测试技术规 定要求，需对冷却塔进行全面测试，测试项目包括大气参数，进出水温，进 塔空气量，出塔空气干湿球温度，塔各部分风阻，风机全压，至少测出15个不 同的工况，然后在不同工况下，计算出冷却数Q及容积散质系数，用最小二乘 法，得出式(2)和式(3).(2).(3)入：气水比，kg/kg g:通风密度，kg/m2s q：淋水密度，kg/m2s A.B：试验常数 m.n：试验指数 根据此关系校核在设计条件下的出水水温或水量，然后对冷却塔效率高低作一 评价。同样可以釆取E
24、XCEL方法对其进行编辑，在此不再赘述。4.结束语 釆用EXCEL表格对冷却塔冷却效率进行编程，使得烦琐的计算变得轻松，工作 效率大大提高，需要儿个工作日时间只需儿分钟就可完成，为冷却塔计算提供 了方便，对冷却塔的运行状况做到心中有数，为冷却塔改造和开发提供可信的依 据。参考文献：1 赵振国.冷却塔.北京：中国水利水电出版社，1997.6 2 李徳兴.冷却塔.上海：上海科学技术出版社，1981.3 给水排水设计手册第4册北京：中国建筑工业出版社,1986.大简化了计算程序关键词冷却塔冷却效率电子表格编程前言冷却塔的热力计算相当复杂手算程序尤其繁琐并且还涉及到查表而目前市场上虽然有一些商业性的软件但大部分是针对小型玻璃钢冷却塔设计的对于大型的工业冷却塔而言熔差法计算是冷却塔热力计算的基础理论结合冷却塔工艺热衡图笔者釆用电子表格设计了热力计算程序只需具备编辑公式的能力就可直接操作操作简单方便实用非常适合于从事冷却塔设计和运行管理的工程技术人员使用理论分析冷数或交换数与设计的进出水水温温差以及大气气象条件决定的左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力称冷却特性数与选择填料的热力性能和气水比有关对于给定的冷却任务而言可以选择适当的填料以及填料体积來满足冷却任务式