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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析

文檔作者：馬麟1 趙順安2 章立新1 文檔來源： 1．上海理工大學能源與動力工程學院 2．中國水利水電科學研究院水		點擊數：	更新時間： 2024年03月05日
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第15卷第3期中國水利水電科學研究院學報v。1．15 N。．3
2017年6月
Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research June，2017
文章編號：1672—3031(2017)03—0213—05
冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析
馬麟1，趙順安“2，章立新1
(1．上海理工大學能源與動力工程學院，上海200093； 2．中國水利水電科學研究院水力學研究所，北京100038)
摘要：冷卻塔的冷卻能力是衡量其性能的重要參數，多數測試標準對冷卻能力的評價方法可分為冷卻水量法與冷
卻水溫法。本文通過一組實測數據對比分析了冷卻水量法與冷卻水溫法這兩種評價方法以及各標準間的差異性及
存在問題，得出國內測試標準的冷卻水溫法評價結果比冷卻水量法和美國cTI標準評價結果均偏差約2．3％的結
論。并分析出主要原因是標準中設計水溫差計算時風量取值為實測風量，為以后標準的修訂提供了技術支持。
關鍵詞：冷卻塔；熱力性能評價方法；對比分析；差異性
中圖分類號：TQ051．5 文獻標識碼：A doi：10．13244兒cn ki．jiwhr．2017．03．008
1 研究背景
冷卻塔是將冷卻水在其內與大氣充分直接或間接接觸，使水的熱量傳給大氣的一種設備”。，在工
業生產及人們的日常生活中應用十分廣泛。如電力行業中，作為提高凝汽器真空度的冷端設備，冷
卻塔的性能好壞直接影響發電機組的安全性與經濟性；又如化工行業和冶金行業中，各種機械設備
正常運轉產生的熱量如不能通過冷卻塔及時排出，嚴重時會造成設備的癱瘓從而停滯生產。因此，
有必要對冷卻塔的實際運行狀態進行檢測及性能計算，來評價冷卻塔的真實冷卻能力。
目前，國內外各標準∽。。關于冷卻塔熱力性能的評價方法主要分為：冷卻水量法及冷卻水溫法。
冷卻水量法是根據實測工況參數，求出修正到設計工況條件下的冷卻水量，再與設計水量相比來評
價；而冷卻水溫法是根據實測工況參數，按冷卻塔熱力性能曲線或公式，計算出實測參數下冷卻水
溫差并與該工況下的實測冷卻水溫差之比來評價。無論哪種方法，冷卻塔的冷卻能力實質均應該是
實際表現與設計表現的比值。兩者除計算公式不同外，在國內外標準中也有部分差異，如關于冷卻
數的計算：文獻[2]采用辛普森公式，日本標準’5。與美國CTI標準‘61采用切比雪夫公式；關于風量的計
算：文獻[3]、美國cTI標準’6。采用風機軸功率來計算，文獻[2]、文獻[4]及日本標準¨。等卻優先采用
皮托管測定風速來計算。關于不同標準之間的差異，部分學者進行了對比研究，如李德興"1對國內標
準與美國cTI標準做了對比分析，認為其最大不同是測量上的實施細則(測量風量、水量等)，其他條
款相近；日本手冢俊一哺1對比日本標準與美國cTI標準后，認為美國cTI標準最大不同是評價時對實
測水量和實測風量限制過嚴(須均接近設計標準值)，如若偏差較大則難以得到正確的性能評價等
等。而關于冷卻水量法與冷卻水溫法兩種評價方法，是否會造成評價結果的差異，目前還未有學
者做過這方面對比研究。本文以一個實測案例對冷卻水量法與冷卻水溫法進行了比較，并將各個
標準心“1一同對比。發現文獻[2]、文獻[4]中的冷卻水溫法評價結果較冷卻水量法評價結果偏差了約
2．3％；各標準問的評價結果基本一致。
2冷卻能力評價方法
2．1 冷卻水量法各個冷卻塔測試標準心。1關于冷卻水量法的規定基本相同，即根據塔的實測工況參
數，求出修正到設計工況條件下的氣水比A。和冷卻水量Q。，再與設計水量Q。相比(如圖1)。圖中：Ⅳ
收稿日期：2017一Ol一20
作者簡介：馬麟(1992一)，男，河北邯鄲人，碩士生，主要從事冷卻塔方面的研究。E—m ail：791813689@qq．c0“
一213—
萬方數據
冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
圖l 冷卻水量法計算示意
理
實～ ＼L且』v ＼
水溫f： 水溫f：
圖2冷卻水溫法計算示意
為冷卻塔的冷卻數；A為氣水比，即進塔干空氣量與進塔水流量的比值。
評價指標為：
G士門
仇a 2療2酋刈00％ n’
式中：叩。為評價指標，％；G實為實測進塔干空氣流量，kg／h；A。為修正到設計工況下的氣水比；Q。
為修正到設計工況下的進塔水流量，kg／h；Q。為設計冷卻水流量，kg／h。
2．2冷卻水溫法除冷卻水量法外，標準乜。3中關于冷卻水溫法的規定也基本相同，均是根據實測工
況參數，按設計或制造單位提供冷卻塔的熱力性能曲線或公式，計算出實測參數下冷卻水溫差△￡．與
該工況下的實測冷卻水溫差△￡。之比(如圖2)，評價指標為：
璣：竺×100％ (2) ”i×1uu％ 。2’
△f
式中：叼。為評價指標，％；△￡。為實測的進出塔水溫差，△f。=實測進塔水溫一實測出塔水溫，℃；△f。。為
修正到標準設計工況后的進出塔水溫差，△￡+實測進塔水溫一修正后出塔水溫，℃。
不同的是，日本標準。51在計算出塔水溫時采用設計進塔干空氣流量；而文獻[2]和文獻[4]卻采用
實測進塔干空氣流量，此計算結果并不能代表冷卻塔應有的設計溫差。
2．3美國cTI標準的特性曲線評價法美國cTI標準在國際上應用較為廣泛，已被許多國家接受作
為評價冷卻塔熱力性能的依據舊。，故選此標準作為本次研究的對比參照。此評價方法與上述的冷卻水
量法基本相同，即：
叼2療2酋刈00％ (3)
所不同的是冷卻數計算采用切比雪夫公式。另外進塔干空氣流量不是直接測定的，而是先測定
其風機功率，根據風機功率再計算進塔干空氣量。采用下式計算：
弘G。㈠∽∽ ㈩
式中：G。、G。分別為實際進塔干空氣流量、設計進塔干空氣流量，kg，h；％、％分別為實測進塔干空
氣比體積、設計進塔干空氣比體積，m3／kg；P。、凡分別為實測風機軸功率、設計風機軸功率，kw；
B、幾分別為實測進塔濕空氣密度、設計進塔濕空氣密度，kg／m3。
2．4實測工況水量評價法在采用冷卻水量法進行評價計算時，各標準從冷卻能力的概念出發，將
實測參數核算到設計工況。也可將設計參數核算到實測工況來評價，即：先根據塔的設計工況參
數，求出修正到實測工況條件下的氣水比A。和冷卻水量Q’。，再將實測冷卻水量Q章與之相比(如圖
1)。評價指標按下式計算：
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萬方數據
冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
仇璣a：2百擎2：萬墼刈×1叫00％％ (∞5’)
式中：G設為設計進塔于空氣流量，kg／h；A。為修正到實測工況條件下的氣水比；Q。。為修正到實測工
況下的進塔水流量，kg／h；Q空為實際冷卻水流量，kg／h。
2．5設計工況水溫評價法同2．4節，在運用冷卻水溫法進行評價計算時，也可將實測參數核算到設
計工況，具體為：根據設計工況參數，按實際冷卻塔的熱力性能曲線或公式計算出設計參數下的冷
卻水溫差△￡’。，與設計冷卻水溫差△￡。相比(如圖2)。評價指標按下式計算：
仉=等×100％ (6)
式中：△￡。為設計冷卻水溫差，△屹=設計進塔水溫一設計出塔水溫，℃；△￡’。為修正到實測工況后的進
出塔水溫差，△f’。為設計進塔水溫一修正后出塔水溫，℃。
2．6匯總各標準中關于冷卻塔熱力性能的評價方法主要分為兩種：冷卻水量法與冷卻水溫法。所
核算的工況也分兩種：設計工況與實測工況。表1將上述評價方法、所核算工況及涉及的標準進行了
匯總，如下：
3評價方法對比分析
3．1實測案例本文采用了一組實測數據來進行各個評價方法的對比分析。其中設計參數和驗收測
量值見表2。
表2設計參數與驗收測量值表3不同公式下Ⅳ值計算結果
設計熱力性能公式為：Ⅳ=1．3Ao 61
3．2冷卻數Ⅳ計算的差異各標準他“3對于冷卻數Ⅳ的計算公式主要分為兩種：辛普森公式和切比雪
夫公式。計算結果見表3。
由于各標準對后值(蒸發水量帶走熱量的修正系數)的選用存在差別(文獻[3]、文獻[4]選用矗值進
行計算，而文獻[1]文獻[5]文獻[6]不選用忌值)，所得出的冷卻數也稍有偏差，其中設計值最大偏差
6％。實測值最大偏差7％。
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表4冷卻水量法與冷卻水溫法評價結果
3．3冷卻水量法與冷卻水溫法評價結果對比各個標準陋。3采用冷卻水量法與冷卻水溫法評價計算后
的結果見表4。需要說明的是：文獻[3]在2008年進行修訂時，對于冷卻水量超過1000t／h的冷卻塔，
性能評價方法由水溫降對比法(冷卻水溫法)改為冷卻水量法。
可以看出，針對本次案例，文獻[2]和文獻[4]中的冷卻水量法評價結果較冷卻水溫法偏差了
2．3％；文獻[5]中的冷卻水量法評價結果與冷卻水溫法是一致的。各個標準中采用冷卻水量法進行評
價后的結果亦均一致。
3．4各標準評價結果對比將文獻[2]和文獻[4]中的實測進塔干空氣量改為設計進塔干空氣量后進
行評價，其結果同其他標準及方法的評價結果進行對比，見表5。
表5各標準間評價結果
可以看出，各標準間的評價結果均無差別，說明忍值的選用對各個標準、各個方法的評價結果影
響較小。此外，設計工況水量評價法、實測工況水溫評價法的評價結果較其他標準基本一致。
3．5數據分析
3．5．1 冷卻水量法與冷卻水溫法差別文獻[2]和文獻[4]中冷卻水溫法較冷卻水量法的評價結果偏
差了2．3％，在經過將設計風量代替實測風量進行評價計算后，其結果才達成一致。說明偏差因素僅
僅是實測干空氣量導致的，究其原因，是因為風機的風量屬于設定好的參數(即設計條件)，不可隨
意變動。而文獻[5]中兩種評價方法的評價結果本就一致，說明冷卻水量法與冷卻水溫法均能真實客
觀的反映冷卻塔的熱力特性。
另外，當冷卻塔在進塔水量偏離設計水量或在進塔水溫偏離設計進塔水溫等條件下運行時，實
測出塔水溫往往達不到預期效果，且偏離程度越大，效果越差，這在一定程度上會影響冷卻水溫法
與冷卻水量法的真實評價。且在評價計算過程中由于冷卻水量法受實測進塔干空氣量的限制更嚴
(實測干空氣量與水量、進塔水溫等相關聯：水量變化會影響淋水密度和塔阻的變化，進而影響風
量；人塔水溫會造成空氣密度的變化亦會影響風量)，其評價結果的偏差會比冷卻水溫法更大。
3．5．2各標準差別各個標準間主要存在參數取值、五值選取、計算公式等差別。經過計算后發現，
參數取值與計算公式造成的偏差可忽略不計，只有后值選取會對冷卻數計算造成較大偏差，但并不影
響其評價結果的一致。說明就同一組數據而言，各個標準均能得出相一致的評價結果。
3．5．3 實測工況水量評價法、設計工況水溫評價法的差別這兩種方法從冷卻概念角度來看，與冷
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冷卻塔熱力性能評價方法的對比分析馬麟趙順安章立新
卻水量法、冷卻水溫法并無差別，僅是核算工況相反。其評價結果的偏差在0．1％以內，屬于合理范
圍。因此不失為一種有效評價冷卻塔性能的新方法。
4結論
在經過對比分析了冷卻水量法與冷卻水溫法以及各標準間的差異性后，得出以下結論：(1)各個
標準對于|j}值(蒸發水量帶走熱量修正系數)的選用雖存在差別，但不影響最后對冷卻塔性能結果的評
價，建議在冷卻塔性能評價計算中殼值取1。(2)國內測試標準中冷卻水溫法的評價結果比冷卻水量
法偏差約2．3％。是因為冷卻水溫法中的風量取值存在問題，應將實測進塔干空氣流量改為設計進塔
干空氣流量，建議標準修訂時予以修正。(3)各個標準在進行冷卻塔評價計算時，無論是核算到設計
工況還是實測工況，對同一組數據均能得出相一致的結果。
參考文獻：
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ComparatiVe analysis of cooHng tower thermal performance eValuation method
MA Lin2。ZHA0 Shunanl，2，ZHANG Lixinl
(1．Uni口e瑚i‘y q廠S^nng^。i扣r Science nnd丁0c危noZogy， Sc^ooZ可Ene79yⅡnd Po刪er Engineer打lg， 5^。，lg^口i 200093， c^in8
2．D印。rf，nen￡礦三哆dr。Hfic5，c^in。如s￡如Hte矽耽￡erResour℃es口nd^哆dropo塒erResenrc^，Be玎ing 100038，c^ind)
Abstract：The cooling ability is one of important parameters to measure the capacity of the cooling tower．Generally
speaking，the current cooling ability evaluation method consists of the cooling water yield method and the cooling wa—
ter temperature method．The study made a comparative analysis of the two kinds of cooling evaluation methods though
a group of testing data as well as the distinctions and limitations between the different standards．The result made a
conclusion that there exists a 2．3％deviation of the evaluation result between the domestic cooling water yield meth．
od and the cooling water temperature method as well as the American CTI evaluation standard．In addition，the causa—
tion of the results was also analvzed，which mainlv owns to the air volume which is calculated as the measured air vol—
ume during the design of water temperature diffbrence calculation of the standard，which proVides the technical sup。
port for the further standard modification．
KeywOrds：cooling tower； cooling ability evaluation method； ComparatiVe analysis； the distinc“ons
(責任編輯：李福田)

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