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循环冷却水降温系统设计

循环冷却水降温系统设计

目前, 我国2/3 的大中城市面临着缺水的窘境, 其中有40 多个城市常年供水不足, 100 多个城市缺水,北方的个别城市由于严重缺水已经影响到社会经济的发展和居民的正常生活。而工业用水占整个城市用水的60% , 其中循环冷却水占整个工业用水的60%70%[2]

在国内, 常用的工业循环冷却水系统是冷水塔循环冷却水系统。在高温、高湿气候条件下, 就会出现水温超限、蒸发损失过多等问题, 以至于需要大量补充新水和排放污水, 从而造成极大的水资源浪费。

因此, 为了解决水温超限的问题, 本文先分析了冷却塔出口温度与新水补充量之间的关系, 在此基础上提出一种土壤蓄冷式的循环冷却水降温系统。

1 冷却塔进口温度与新水补充流量分析

冷水塔换热模型简化为换热器物理模型。

首先, 对换热过程进行定性分析。在换热器单元微小面积dA 换热过程中, 其换热量为: 由于冷却水进口温度升高时, Δt 变小, 为了保证换热量不变, 所以必须增加传热系数K, 即增加冷却水一侧的对流换热系数hi, hi 与流体的物性参数和流动状态有关, 在此模型中, 物性参数不变, 所以只有加大冷却水流量才能增加换热系数。即冷却水进口温度t'1 增加, 则冷却水流量( 新水补充) q'1 增加。

然后, 采用NTU换元法进行定量计算, 以不同热流体( 工质) q1c1 为参数, 得到不同的传热单元数NTU 和换热效能数e, 尽管工质不同, 但都存在一个冷却水温度临界点, 当超过这一点时, 所需冷却水流量增加很快。当超过临界点时, 每增加0.5, 流量几乎增加1 , 且成几何级数增长; 且当冷却水进口温度达到一定温度时, 无论怎样增加冷却水流量都不能降低工质的温度, 从而造成冷却水的大量流失。

2 工业循环冷却水降温系统设计

工业循环冷却水降温系统, 如图3 所示。其工作流程为:

( 1) 夜间, 环境温度较低, 冷却塔冷却能力增强, 一边可以为工业生产过程提供必需冷量, 同时有富余冷量提供。此时打开水泵1, 同时启动冷水机组, 把富余冷量存储在土壤源中。

( 2) 白天, 关闭水泵1 和冷水机组, 当出现高温、高湿气候, 水温超限时,打开水泵2, 把夜间存储在土壤源中的冷量释放出来, 满足正常工业生产过程的需要。

( 3) 在温度较低的月份, 冷却塔在白天和夜间都有富余冷量产生。此时, 把冷量长期存储在土壤源中, 而在高温高湿的月份释放出来, 使冷却水温度保持在工作范围内, 从而更好地维护工业生产, 节约水源。

设计优势: 采用这种技术作为循环冷却水降温的技术措施, 可以有效地控制冷却水的温度, 能使冷却水的温度不受季节和天气条件的影响, 保证工艺生产正常进行; 同时减少高温、高湿天气的新水补充量和排污量, 达到节水的效果。

此外, 由于土壤蓄冷的作用, 能够保有一定的降温能力储备, 可以为生产调度提供更大的回旋余地;而且冷水机组在夜间电网低谷时段使用, 电力廉价,从而增强企业对市场的适应能力。

土壤的蓄冷、释冷过程是一个含湿多孔介质体内带有周期性冻融相变的热湿传递耦合过程[46], 其运行特性受诸多因素的相互影响和制约, 如埋管的管材与尺寸、埋管间距、土壤状况、预蓄冷时间、流体的流量及蓄冷入口温度等。

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