冷却塔冷却效率评价计算方法

朱羽中
（中石化九江分公司化肥厂，江西 九江 332004）

　　摘要：利用 EXCEL电子表格编写冷却塔计算程序，对冷却塔的冷却效率进行了简单直观的判断，既方便又准确，简化了程序过程。
　　关键词：冷却塔；冷却数；冷却效率；计算程序
　　中图分类号：TU991.42 文献标识码：B 文章编号：1009—2455（2003）06—0061—03

　　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，笔者采用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。

l 理论分析

　　
式中：Q——冷却水量，m3/h；
　　　β——容积散质系数，kg/(m3·h)；
　　　k——蒸发水量散热系数；
　　　i,i"——分别为空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；
　　　Cw——水的比热，kJ/(kg·℃)

　　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。由设计的进出水水温、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来满足冷却任务。（1）式右边可用图1所示的冷却塔工艺热平衡形象地表述水与空气之间的关系及烙差推动力。图1中AB线为饱和烙曲线，与进出水温度t₁ 和t₂有关，CD线为空气操作线，C点对应为进塔空气焰，D点对应为出塔空气焰，CD线取决于大气条件 与水比 λ以及温差。其中i₂=i₁+Δt/λ,t_m为平均温度，i_m=(i₁+i₂)/2。

2 Excel计算软件的编制方法

　　首先设计如图2所示的表头，图中B－H项为设计者直接填人数值，I－X项为计算机自动显示计算结果，只要在表的各参数对应位置输人相应的参数即可完成计算软件的编制。冷却塔计算中涉及的公式如下：
　　①饱和水蒸气压力的计算
　　以饱和水蒸气压力的计算为例说明计算软件的编制方法
　　E=0.014196-3142.305(1/T-1/373.16)+8.2lg(373.16/T)-0.0024804(373.16-T)　　　　(2)
　　Pq"=98.065×10^E (kPa) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)
　　单击K6处，在编辑栏内输入“=98.065*10^(0.014196-3.142305*(1000/(273+D6)-1000/373.16)＋82*lg（373.16／（273＋D6》-0002 480 4*（373.16－（273＋D6）））”，单击“Enter”键，则相当于湿球温度，水蒸气压力公式编辑完毕。同理，相当于干球温度θ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。

　　　　
　　在06处输入公式(6)，可计算得λ。
　　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，可引人内田秀雄^[1]给出饱和恰与温度的关系式：i″＝8.265－0.24 t＋0.025 4 t²，即图中的 A B线，单击P6处，在编辑栏输人“=8.265－024*B6＋0.025 4”B6⌒2”，单击“Enter”键完成 i₂″。i_m″编写方法同i₁″的编写方法，将上式中的B6分别改为C6，J6即可。
　　⑥进出塔空气焰值的计算
　　由图1可以看出进塔空气焰可近似等于湿球温度，对应的饱和空气焰，因此i₁ 计算方法同i₁″，将B6改为D6即可。
　　
　　单击W6处，在编辑栏输人“=1-0.106*（1-（Q6－T6）／（P6－S6））＾3.5”，单击“Enter”键。ΩH的计算方法是鼠标单击X6处，然后在如图所示的编辑栏输人“＝V6／W6”，再单击“Enter”键，至此时整个计算程序编写完毕。

3 软件的计算验正

3.1 与手算结果的对比
　　用此程序校验上海科学技术出版社于1981年出版的《冷却塔》及中国建筑出版社于1986年出版的《给水排水设计手册》第4册书中的例题的手算值（见表1）。
　　从表1可以看出手算和电算值结果相差不大表1 手算和电算结果对照参数及结果 逆流塔横流塔（1.76％－5.56％），因此采用此程序可信度较高。

3.2 实塔测试及改造方案计算
　　某横流塔几种不同的测试工况如表2，利用此EXCEL 程序对其判断（见图3）。

　　工况1 是该冷却塔运行半年后进行测试的；工况2是该冷却塔运行6a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。将测试的3个工况的B～F项直接填人表格中，然后用鼠标单击I6处，按住鼠标左键不放，将鼠标拖至X5 处，将鼠标移至X5 右下角，等光标变成小“＋” 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 X7，X8，X9处计算机可以自动显示数值，计算结果见图3。由图3可知，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和3均低于设计值，尤其是运行6a后，填料的容积散质系数下降幅度较大，已不能满足冷却任务的需要。对改造方案进行分析计算，保持实测水量、风量、冷却数不变，换算出在设计工况的进水温度、进塔空气温度条件下的出塔水温。结果见图4。
　　将设计条件下的进水温度、干湿球温度、大气压力填人10～12行处，保持测试水量。风量不变，在出水温度栏内处填人温度值进行试算，直至填人的温度满足测试工况条件下的冷却数值为止。由图4看出，修正到设计条件下，工况1，2，3的出水温度分别为32.68，34.5，33.12℃。3种工况冷却塔冷却效率分别为103.2％，85％，98.8％。
　　当然单凭某一工况的测试就对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。但本文给出了一个在没有全面测试数据时简便的分析计算方法。

4 结语

　　采用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，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[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

作者简介：朱羽中（1972－），男，湖北武穴人，工程师，电话（0792）8494346，zyzyql＠163.net.