横流式冷却塔应用分析

陈善齐

（湖南元亨科技股份有限公司，湖南长沙 410116）

1 问题背景

湖南元亨科技股份有限公司生产的YHA-600×2拼1组的标准工况横流式冷却塔，被晶澳扬州太阳能科技有限公司项目采用。该项目原配备10台逆流式冷却塔，单台逆流式冷却塔运行工况：进水温度40℃，出水温度32℃，湿球温度28℃，单台循环水量600 m3/h。为提高冷却塔换热效率，将10台逆流式冷却塔和YHA-600×2拼1组横流式冷却塔合并成一个系统，根据客户现场实测反映，YHA-600×2拼1组横流式冷却塔的启用与停用对整个系统运行效果影响不大，即温度没有显著降低。

2 分析思路

采用一种冷却塔选型程序作为冷却塔工况核算标准，通过对逆流式冷却塔和横流式冷却塔工况计算结果进行对比，分析横流式冷却塔的启停是否对整个冷却系统有显著影响。为提高计算结果的可靠性，通过3个方面进行对比论证。

（1）在现场实测运行工况下，通过对比启用和停用横流式冷却塔两种最佳运行状态的计算结果，分析横流式冷却塔启用是否能够提高冷却系统的散热效果。

（2）在现场实测运行工况下，假设10台逆流式冷却塔中水量分布均匀，通过对比并入横流式冷却塔后和只运行原有逆流式冷却塔两种工况的计算结果，分析横流式冷却塔对提高冷却系统的冷却效果有无显著影响。

（3）在相同的运行工况下，通过对比在原冷却系统中并入横流式冷却塔并增加水流量和原冷却系统中不并入横流式冷却塔且不增加水流量的计算结果，分析增大水流量对冷却系统降温效果的影响。

3 分析过程

3.1 现场实测横流式冷却塔启停对冷却系统的影响

首先将逆流式冷却塔的标准工况参数（进水温度为40℃，出水温度为32℃，湿球温度为28℃，单台循环水量为600 m3/h）和横流式冷却塔的标准工况参数（进水温度为37℃，出水温度为32℃，湿球温度为28℃，单台循环水量为600 m3/h。）代入冷却塔选型程序（图1），得到单台逆流塔在标准工况下的相当标准能力值为1158.5 CRT（1CRT代表在进水温度37℃，出水温度32℃，湿球温度27℃时，每0.78 m3水量的处理能力）。单台横流式冷却塔在标准工况下相当标准能力值为883.1 CRT。

将横流式冷却塔标准工况折算成逆流式冷却塔的标准工况，得到横流式冷却塔所处理能力为457.3 m3/h，将此工况参数（进水温度40℃，出水温度32℃，湿球温度28℃，单台循环水量457.3 m3/h）代入程序，得到的计算结果为883.0 CRT。

通过计算得出，在标准工况下，原有10台逆流式冷却塔的相当标准能力值为11 585 CRT，单台横流式冷却塔的相当标准能力值为883.1 CRT。

根据现场实测的相近工况，即现场系统总水流量6000 m3/h，进水温度38℃，湿球温度27℃，将YHA-600×2拼1组横流式冷却塔并入原10台逆流式冷却塔成为一个系统后，横流式冷却塔的启动和停用两种系统运行工况参数代入程序，并对计算结果进行分析比较。

（1）在停用横流式冷却塔，原有10台逆流式冷却塔运行状态下，该冷却系统的相当标准能力值为11 585 CRT，将工况参数：水流量6000 m3/h，进水温度38℃，湿球温度27℃，代入程序中，可得10台逆流式冷却塔在该工况下运行，经过冷却后水的温度为30.928℃，得到数据为：6000×（38-30.928）×K=42432 K，其中K为常数（4.2×103J/（kg·℃））。

（2）在原有冷却系统中并入横流式冷却塔并启动时，此时新冷却系统的相当标准能力值为10×1158.5+2×883.1=13351.2 CRT，将此运行工况参数（水流量6000 m3/h，进水温度38℃，湿球温度27℃）代入程序中，得到出水温度为30.496℃，得到数据为：6000×（38-30.4096）K=45542.4 K 。

此时横流式冷却塔运行水量为最佳水量：457.3/（600×10+457.3×2）×600×10=396.8 m3/h。逆流式冷却塔运行水量也为最佳水量：600/（600×10+457.3×2）×600×10=520.6 m3/h。

通过两种情况出水温度的对比：30.928℃-30.4096℃=0.5184℃，可得出结论：在原有10台逆流式冷却塔系统中并入YHA-600×2拼1组横流式冷却塔后，在相同的运行工况下，可以降低出水温度，提高系统散热效率。此结果是理想结果，没有考虑在并入横流式冷却塔后逆流塔中的水量分布是否均匀，冷却塔风量以及场地的影响。

3.2 理想状态启停横流式冷却塔对冷却系统的影响

假设原10台逆流塔中水量分布均匀，在实测工况下单台运行横流式冷却塔，在水流量600 m3/h，进水温度38℃，湿球温度27℃，相当标准能力值883.1 CRT工况下，代入程序中得出此时出水温度为31.926℃。

在并入横流式冷却塔后，假设10台逆流式冷却塔中的水流量分布均匀.即为：（6000-600 ×2）/10=480 m3/h，则在进水温度38℃，湿球温度27℃工况下，单台运行逆流式冷却塔，将工况参数代入程序得出此时出水温度为30.1185℃。

在此工况下，运行整个冷却系统得到数据为：480×10×（38-30.1185）K+600 ×2 ×（38-31.926）K=45120 K。出水混合温度=38-45120/6000=30.48℃。对比可知在10台逆流式冷却塔中水流量相同的情况下，开启横流式冷却塔可以加大整个系统的散热量，降低水流温度。但此结果是在逆流塔水流量分布均匀的前提下，因此实际效果要有所降低。此种工况下，出水温度与系统运行最佳水量时的出水温度相比：30.48℃-30.4096℃=0.07℃，说明横流式冷却塔水流量的调节，在一定范围内对系统的冷却效果影响甚微。

图1 冷却塔选型程序计算界面

4 横流式冷却塔的性能对系统冷却的影响

4.1 增大流量对系统冷却的影响

通过增大水流量至原逆流塔标准工况下，同时并入横流式冷却塔，即水流量为6914.648 m3/h，代入工况参数：进水温度38℃，出水温度30.982℃，湿球温度27℃，相当标准能力值13 351 CRT，得到数据为：6914.6×（38-30.928）×K=48 900.0512 K。通过比较可知系统的散热量得到了显著的提高，因此可以得出并入横流式冷却塔后，增加系统的水流量对于提高系统的散热量有明显效果。

4.2 降低横流式冷却塔的性能

假定横流式冷却塔的处理水流量不是600 m3/h，而是500 m3/h，在标准工况下（进水温度37℃，出水温度32℃，湿球温度28℃），代入程序计算出此时横流式冷却塔的相当标准能力值为735.9 CRT，则整个系统的总相当标准能力值为：158.5×10+735.9×2=13 056.8 CRT。在系统流量为 6000 m3/h，进水温度38℃，湿球温度27℃，代入程序得出出水温度为30.490 4℃，与理想工况30.409 6℃相比，相差0.080 8℃，差值不足0.1℃，即在此系统中，横流塔冷却性能略有不足对整个系统影响较小。

5 分析结果

在标准工况下，原冷却系统中并入横流式冷却塔，能够提高整个系统的散热效果，降低出水温度，同时增大系统的水流量，可以增加系统的散热量，进而降低温度，但是降低横流式冷却塔的水流量，对于整个系统的影响甚微，可以忽略不计。以上计算皆是在理想的条件下，没有考虑场地原因导致的热气回流及风量等因素的影响，和逆流式冷却塔中的水量分布不均对系统的影响，因此在原系统中并入YHA-600×2拼1组横流式冷却塔所起到冷却效果有所降低，以至于在实际测试观察中难以察觉，导致客户反映横流式冷却塔的停启对整个系统无明显影响。同时，现场测试在横流式冷却塔内填料后，各个位置的水温差别很大，经观察推测造成温差的原因是进水法兰处喷头的水流量过大，引起布水不均，因此可以通过改善进水法兰处喷头的水流量和增大系统的水流量来提高系统的散热效果，进一步降低出水温度。