基于風(fēng)量控制的冷卻塔防掛冰理論研究

朱高鵬 王嬌龍 盧言玉 丁杜杰

摘 要：為解決冷卻塔冬季掛冰問題，研究了防止冷卻塔掛冰的相關(guān)理論，發(fā)現(xiàn)了基于風(fēng)量控制的冷卻塔防掛冰方法具有現(xiàn)實(shí)可行性，研究開發(fā)了一種基于風(fēng)量控制的冷卻塔防掛冰智能控制裝置，為解決冬季冷卻塔掛冰提供了一種方案參考。

關(guān)鍵詞：冷卻塔；冬季掛冰；風(fēng)量控制；理論研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.255

0 前言

進(jìn)入冬季，隨溫度降低，冷卻塔四周出現(xiàn)不同程度的掛冰，尤其是在進(jìn)風(fēng)側(cè)。冷卻塔掛冰后，影響其換熱效率，局部掛冰嚴(yán)重的部位，對(duì)填料造成損壞。對(duì)用戶造成困擾，對(duì)冷卻塔的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利因素，影響用戶的正常使用。為提高冷卻塔的換熱效率，降低填料損失，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量研究[1-3]。目前，冬季防止冷卻塔掛冰的方法主要有兩種：一是增設(shè)冷卻塔防凍門，利用熱源的方法，提高進(jìn)風(fēng)的溫度；二是在冷卻塔填料上增設(shè)啟閉扣條，形成干段填料區(qū)和濕段填料區(qū)，降低熱交換面積，從而達(dá)到防止冷卻塔掛冰。論文根據(jù)冷卻塔防凍門原理，進(jìn)行分析研究，并提出實(shí)際的有效解決措施，為解決冷卻塔掛冰問題提供參考。

1 消除掛冰的理論分析

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，冷卻塔冬季運(yùn)行，最容易結(jié)冰的部位主要集中于進(jìn)風(fēng)側(cè)護(hù)板等部件周圍、風(fēng)筒邊緣、淋水填料的外邊緣處。造成上述現(xiàn)象的原因在于：①冷卻塔在運(yùn)行中，噴淋水降到填料周圍的護(hù)板及立柱等部件上，遇冷空氣結(jié)冰，并逐漸累積；②混合濕空氣在出塔后，溫度降低，形成過飽和濕空氣，析出液態(tài)水，以及漂水等問題，水汽在風(fēng)筒周圍積聚結(jié)冰；③淋水填料外圍水量小，當(dāng)水量分配不當(dāng)，部分填料水量過小，容易造成填料外邊緣結(jié)冰。

防凍門解決冷卻塔掛冰問題，其作用為在冬季低溫時(shí)，在進(jìn)風(fēng)側(cè)增設(shè)伴熱管，在環(huán)形管路內(nèi)通熱水，預(yù)熱進(jìn)入塔內(nèi)的空氣，一方面增加空氣流動(dòng)阻力，即限制進(jìn)入冷卻塔的進(jìn)風(fēng)量，另一方面提高空氣溫度，從而達(dá)到防止掛冰的問題。防凍門方法與冷卻塔填料上增設(shè)啟閉扣條方法相比，防凍門可調(diào)節(jié)范圍大，冷卻塔用戶自行調(diào)節(jié)較為便捷，對(duì)解決實(shí)際問題具有較好的可操作性[4]。

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，防凍門解決掛冰問題，通過減小進(jìn)入塔體內(nèi)的風(fēng)量和提高進(jìn)入塔體內(nèi)空氣的溫度的途徑實(shí)現(xiàn)[5]。在實(shí)際操作中，提高進(jìn)入塔體內(nèi)的空氣溫度，最常用的方法是在進(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)行管路改造，在外圍單獨(dú)增加熱源或者將需要冷卻的熱源引至進(jìn)風(fēng)側(cè)，涉及的管路改造、管路固定方案設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且管路改造會(huì)對(duì)產(chǎn)品美觀、非掛冰季節(jié)換熱效率等產(chǎn)生不利因素[6]。減小進(jìn)入塔體內(nèi)的風(fēng)量的方法，降低冷源比例，提高熱源比例，在理論上具有可行性，改造相對(duì)方便，基于上述因素考慮，減小進(jìn)入塔體內(nèi)的風(fēng)量的方法，是一種相對(duì)更可行的方法。

2 風(fēng)量控制裝置研究

風(fēng)量控制裝置的核心部件為鋁合金活動(dòng)式百葉安裝位置為填料進(jìn)風(fēng)側(cè)。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為：鋁合金力度小、強(qiáng)度高，采用打孔-螺栓連接方案，改造方便；外形美觀，角度可調(diào)，手動(dòng)、電動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方便；在非掛冰季節(jié)使用，無需拆卸。其工作流程如圖1所示。

系統(tǒng)通過傳感器采集冷卻塔進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣狀態(tài)，以及易結(jié)冰部位的物理參數(shù)，獲取冷卻塔工作狀態(tài)。若溫度過低，導(dǎo)致冷卻塔已經(jīng)出現(xiàn)掛冰，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，操作人員根據(jù)掛冰程度作出判斷，若掛冰嚴(yán)重，可以停止風(fēng)機(jī)，關(guān)閉百葉，利用待冷卻熱源的熱量溶解掛冰。操作人員也可以通過風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)、水量調(diào)節(jié)布水狀態(tài)調(diào)節(jié)等方法進(jìn)行解決，在允許的條件下，也可以人工鏟冰；溫度過高或過低，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉開度進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體狀況，可以輔之風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)、噴淋水量調(diào)節(jié)等方法，使系統(tǒng)工作狀態(tài)趨向設(shè)定范圍。系統(tǒng)生成并記錄設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，以供評(píng)判。

3 技術(shù)指標(biāo)評(píng)判

利用鋁合金活動(dòng)式百葉進(jìn)行控制風(fēng)量的方法，具有理論及實(shí)踐的可行性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，鋁合金活動(dòng)式百葉進(jìn)行控制風(fēng)量方案經(jīng)濟(jì)型優(yōu)勢(shì)明顯，根據(jù)冷卻塔實(shí)際運(yùn)行工況，通過鋁合金活動(dòng)式百葉開度調(diào)節(jié)進(jìn)行風(fēng)量控制，減小進(jìn)入塔體內(nèi)的風(fēng)量的方法，降低冷源比例，提高熱源比例，以此保證集水池水溫和填料溫度高于結(jié)冰點(diǎn)，使活動(dòng)式百葉自行調(diào)節(jié)，達(dá)到冷卻塔最佳的經(jīng)濟(jì)工況。

參考文獻(xiàn)：

[1]姬保江.結(jié)冰地區(qū)冷卻塔防冰技術(shù)與應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水，2005（02）：76-77.

[2]楊雪.冷卻塔的防冰技術(shù)研究[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（06）：97-99.

[3]聶忠軒.防冰技術(shù)在寒冷地區(qū)冷卻塔改造上的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2004（11）：75-76.

[4]畢永堯.消除冷卻塔冰害的對(duì)策與方法[J].化工給排水設(shè)計(jì)，1995（02）：14-21.

[5]韓軍，黃浦澤.機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的冬季防冰措施[J].科技資訊，2011（20）：59.

[6]王荊陸.寒冷地區(qū)冷卻塔防冰新技術(shù)[J].給水排水，2000（02）：48-49+1.