西安冷却塔设计与合理布置

蒸发式冷却塔的合理排布是大型制冷系统设计中一项重要的内容,冷却塔在运行时需要大量空气, 工程设计中既要保证周围有充足的空间来满足冷却塔的热工要求, 又要考虑减小对周边环境的影响, 这两者如何能有机结合是冷却塔设计的关键所在。

工程概况

本工程位于上海市中心, 由两栋超高层塔楼、一栋高层酒店以及配套裙房组成, 裙房共6 层, 连接两栋塔楼。共有14 台蒸发式冷却塔设置在裙房屋面, 单台散热量为1784 kW( 高速) / 1070 kW( 低速) , 排风量为118 m3 /s, 循环水量为300 L/s,设备A 声级噪声为75dB。

冷却塔布置的设计思路

本项目冷却塔系统的特点是:

1) 设备数量众多, 但排布空间有限;

2) 蒸发式冷却塔需要大量进、排风, 为满足制冷效果需减小空气回流的影响;

3) 机组运行噪声高, 需限制其对周边建筑的影响;

4) 排热量高, 需防止产生大量的“白烟”( 飘逸的水汽) 。上述几点之间相互关联又互相制约, 下面就以如何合理解决以上几点的思路来进行论述。

解决空气回流、干扰问题

湿空气对冷却塔的影响分为回流和干扰两部分, 回流是指从冷却塔排出的热湿空气混入冷却塔的进风中, 干扰是指进塔空气中混入部分其他塔中排出的热湿空气。这两种情况都将使进入塔内空气的比焓增加, 冷却塔本身的冷却效果降低。为*大限度地减少回流, 就要综合考虑周围的建筑、机组自身性能和主导风向等多种因素。

1.模型建立

为满足整个项目制冷系统的设计要求, 在工程设计中对屋面冷却塔室内通风速度场分布和室外周边环境进行了CFD 模拟计算, 以保证工艺性通

风设计的合理性。

1. 1 模拟计算选用AirPak 数值软件, 模拟工况分为: 1) 在设计工况下运行时, 冷却塔室内速度场、压力场分布; 2) 室外风环境以及冷却塔所在建筑整体进风和排风是否存在回流、干扰现象。

1. 2 模拟工况模型、模拟参数的设置。图1, 2 为14 台冷却塔参照CAD 图搭建的设计工况下CFD 模拟计算用的物理模型。

表1 为模拟参数, 参照有关冷却塔进、出风口压差计算值, 并考虑消声器、防 “白烟”盘管对冷却塔性能的影响后, 以冷却塔1 为例, 设定进、排风口参数。

2 模拟计算结果

1) 通过对冷却塔室内通风速度场分布进行计算, 在设计工况( 风量118m3 /s) 下, 同时考虑了各种可能的因素对冷却塔性能的影响, 发现冷却塔运行性能可达到设计标准。

2) 在考虑了室外气象条件和建筑周边环境后, 发现由于冷却塔通风系统中排风口( 正压) 与进风口( 负压) 之间存在压力差, 同时受到室外风环境的影响, 在进、排风口之间易发生气流回流现象。气流回流量与进、排风口之间的压差成正比, 与阻力成反比, 即Q = f ( △p /λ) 。若压差改变, 或改变风口之间的沿程或局部阻力λ, 气流回流量Q将随之变化。由表2 测试结果可知, 回流量受室外气象条件和建筑周边环境的影响明显, 需要加大出风口的风速和调整出风口风向。

3 改进方法

如果加大出风口的风速, 设备的功率将进一步提高, 消声器也将增大, 这样冷却塔的效率就没法保证; 由于空间有限, 调整出风口风向也较难实现。

*终设计采用了取消进风消声器, 更改出口消声器为锥形出口消声器, 同时再增加一个进风面的方法来解决这一矛盾。进风消声器的取消虽然增大了一些室内场的噪声,但是却使两台设备之间有了更大的进风空间, 从而保证了进风, 同时也避免了进一步增大风机功率。锥形出口消声器使出风更具流线性, 保证排出的空气高于周边建筑和设备, 使回流减至*少。增加一个进风面使得室外场的空

气能更均匀地进入室内场, 减少形成涡流的可能性。图3 是14 台冷却塔改进后CFD 模拟计算用的物理模型。表3 为改进后的边界条件设置。表4 为改进后的测试结果。

4 解决对周边建筑的噪声问题

冷却塔噪声的产生取决于该建筑的空调负荷以及室外的湿球温度,设计选择了上海气象站7月份的气候资料,此月是温度*高、空调负荷*大的阶段。

4. 1 共有14 台风机, 每台带有3 个双速电动机,依据建筑空调负荷和湿球温度的变化, 有几种高、低速风机的组合方式, 为尽量减少能源消耗和达到较低的噪声级别, *有效的控制方法是先启动足够多的风机低速运转直到满足要求的回水温度为止,如果温度再升高, 就再开启1 台风机低速运转。当所有风机都低速运行仍然不能满足空调负荷要求时, 则每次转换1 台风机到高速运行, 直到满足要求为止。