[发明专利]超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的设计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的设计方法以及一种超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的设计系统。

背景技术

逆流式自然通风湿式冷却塔(以下简称自然塔)广泛的应用于国民经济的诸多部门，包括电力、石油、化工等，其作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气直接接触进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。这种类型冷却塔如图1所示，通风筒常采用双曲线形，用钢筋混凝土浇制，塔筒底部为进风口，空气从进风口进入塔体，穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料，再从塔筒出口流出。

自然塔淋水面积是指冷却塔内“填料区”顶部的断面面积，按淋水面积的大小，冷却塔可初步划分为以下几种：

小型塔：A＜4000m²；

中型塔：4000m²≤A＜7000m²；

大型塔：7000m²≤A＜12000m²；

超大型塔：A≥12000m²(塔底部直径D＞110m、进风口高度h＞11m)。

自然塔空气动力计算是冷却塔进行工艺设计的核心，也是再循环供水系统优化设计和热力设计的依据，而其中阻力计算又是空气动力计算的重要组成部分。自然通风逆流式冷却塔的阻力系数计算一共包括了三个部分，其中比较重要的一部分是进风口区域除雨滴阻力外的人字柱、气流转弯、支柱、填料、收水器与配水装置阻力系数(简称进风口区域阻力系数)计算。可见，进风口区域阻力系数的计算将直接影响冷却塔的设计，尤其是对于底部直径大于110m、进风口高度大于11m、淋水面积大于12000m²的超大型塔来说，如果进风口区域阻力系数的计算结果不准确，将导致最终设计的冷却塔的设计工况与实际运行工况有偏差，即计算选型的冷却塔有可能出现偏大或者偏小的情况：偏大就意味着建设规模过大，造成极大浪费，还可能会使机组出现过冷现象；偏小就会出现冷却能力不足的现象，可能会导致机组发电功率不足，甚至影响运行稳定性和安全性，出现运行事故。

鉴于进风口区域阻力系数对超大型自然塔的设计所具有的重要地位，因此有必要进行自然塔的进风口区域阻力系数研究。传统的超大型逆流式自然通风湿式冷却塔的设计方法一般采用如下公式来计算进风口区域阻力系数：

ξa=(1-3.47ϵ+3.65ϵ2)(85+2.51ξf-0.206ξf2+0.00962ξf3)---(1)]]>

式中，ξ_a为进风口区域阻力系数；ξ_f为淋水填料阻力系数(含配水系统收水器等阻力系数)；ε为进风口相对高度(即进风口面积与塔壳底面积比)。

从上面的公式(1)可知，进风口区域阻力系统的计算公式中的变量为淋水填料阻力系数(含收水器和配水系统)和相对进风口高度(进风口面积与塔壳底面积比)，该计算公式对于目前已有常规自然通风冷却塔阻力计算是基本适用的，并且已经被冷却塔设计规范所采用。但由于当时冷却塔淋水规模及试验条件等原因限制，该公式在适用范围上还是具有一定的局限性：

一、公式(1)中，淋水填料阻力系数变化范围为10～20，然而超大型冷却塔的淋水填料高度将较常规冷却塔有所提高，比如填料高度可能达到20m或以上，超出公式(1)的适用范围；