密闭式冷却塔

设备

密闭式冷却塔，简称闭式冷却塔，（也叫蒸发式空冷器，封闭式冷却塔）将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到节水效果。随着国家节能减排政策的实施和水资源的日益匮乏，近几年密闭式冷却塔在冶金、航空、电力、化工、机械、石油、食品、塑料、橡胶等等行业得到了广泛的应用。

密闭式冷却塔技术的发展及现状

在开放式冷却塔中，冷却水与空气直接接触，所以使用过一段时间后，冷却水会有污垢现象产生，不易清洗，进而管路堵塞，设备传热效果下降。密闭冷水塔则可避免这一情况，管内之工作流体不与空气直接接触，保持了工作流体的清洁。

密闭式冷却塔源于蒸发冷却器，始于上个世纪中期，随着化工、冶金、电子工业的发展，才逐渐开始被应用。对于蒸发冷却技术，早在公元前250年，古埃及人就己经懂得利用水分蒸发进行供冷。上个世纪，世界各国对蒸发冷却技术也进行过多方面的研究，到了70年代，能源危机的出现使得蒸发冷却技术的应用逐步得到重视。在80年代，当发现对人类生存构成巨大威胁的灾难性气候都和空调制冷行业有关以后，蒸发式冷却技术等利用自然条件取得冷量的被动式供冷技术得到了迅速发展。美国人ASHRAE为此成立了名为“蒸发冷却”的技术委员会，旨在提倡应用蒸发冷却技术，收集并出版蒸发冷却系统的应用、安装、运行与维护数据，发布规范、标准，肯定并奖励对蒸发冷却的研究，以此来推广蒸发冷却设备在全世界的应用。

Parker和Treyball基于忽略蒸发到冷却空气中的水量，假设在常温下将饱和空气的焓看作温度的线性函数，从蒸发式冷却器的管内介质传热、传质性能出发，阐述了蒸发式冷却器的传热、传质机理，并通过实验得到了传热膜系数的关联式。

Mazushina对蒸发冷却器的热力计算，提出可假定管外喷淋水温度恒定或者认为喷淋水膜温度变化的计算方法，并在编著的热交换器手册中详细地介绍了一套换热器的设计计算方法。

Webb将冷却塔、蒸发式冷凝器和蒸发式冷却器三者的理论模型统一起来，水膜的传热系数和通过水膜传递给空气的传质系数分别用不同的系数表示。随后，Webb和Villacres用三个运算法则和计算模型来描述和分析了冷却塔、流体冷却器和蒸发式冷凝器。

Peterson采用数值模拟的方法来分析间接蒸发冷却，但数值模拟与实验测试数据的比较表明模型对一些运行条件下系统能量的节约和系统特性的准确预测存在一定的缺陷。在这种条件下，Peterson推荐使用试验数据得来的相关系数来获得必要的设计与特性依据。

Wo Jciech Zalewski提出一种水与空气以逆流形式来冷却盘管中流体的数学模型，并通过运用传热和传质之间的类比来得到传质系数。JorgeFacao对一个小型密闭式冷却塔进行了传热传质测试，拟合传热过程关联式，得出的热质传递关系式与简化的理论模型比较吻合。

国内在蒸发冷却技术方面的研究也做了一些工作，包括蒸发冷却理论的研究、密闭式冷却塔的性能试验研究等。

刘乃玲等人以要求换热面积最小、阻力最小为限制条件，对闭式冷却塔的管式蒸发冷却器的结构优化进行了研究，分析了结构参数对管式蒸发冷却器的面积及风机和水泵能耗的影响。

李子钧等人以各种逆流密闭式冷却塔换热模块为研究对象，分析不同情况下的淋水温度分布，并提出了一套热力计算方法。

刘晶分析了密闭式冷却塔冷却过程的换热机制，建立了稳态换热模型，并根据解析求解结果编制稳态换热仿真程序，利用该程序对密闭式冷却塔内部流体温度和焓值分布进行模拟计算，将塔内流体的出口参数的理论计算结果与实测数据进行比较，最大误差在9%以内，证明了该结果的可靠性。

赵芳平研究了密闭式冷却塔中通过对中央空调冷却水系统的清洗和水质处理，来提高换热效率，防止和减少腐蚀，延长空调的使用寿命。

牛润萍等人主要研究空气焓值、含湿量、冷却水温等的分布情况，通过对闭式冷却塔内部换热机理的研究，建立数学模型而得到解析解来探讨对闭式冷却塔性能的影响规律。李永安等人则利用所建的小型实验台对空调系统用密闭式冷却塔的各项性能指标进行测试，通过对密闭式冷却塔的热工性能模拟以及空气入口参数，空气质量流量，喷淋水量等参数的研究对冷却塔性能的影响，得到了冷却盘管空气阻力计算式。

刘东兴等人，分析了空气和水的热、质交换过程，在遵循能量守恒和物质守恒定律基础上，建立了逆流密闭式冷却塔淋水填料热、质交换的数学模型。利用迭代法，通过计算机程序求解模型，并进行了实验验证。研究结果表明：数学模型计算所得到的计算值与实验测量值进行比较，偏差在0.25%以内。

游江等人基于CFD软件和逆流密闭式冷却塔相关理论，对气流运动采用标准k-ε湍流模型，填料区、雨区和盘管区采用离散相模型计算，对填料区的膜状流动用滴状流动近似模拟。模拟分析了淋水密度和环境条件对冷却塔热力特性的影响，并分析得到了使冷却塔性能达到最优的无量纲参数气水比的取值，得到如下结论：淋水密度和环境条件对逆流密闭式冷却塔的换热效果影响很大。

周文渊等人提出了一种新型结构的密闭型湿式冷却塔，冷却水与喷淋水通过铜管换热，且在冷却塔中布置塑料管增加空气和喷淋水的传质面积，喷淋水和空气在铜管和塑料管表面进行热质交换。并且基于一维瞬态数学模型，考察了该冷却塔在不同运行条件下的性能，并与传统闭式冷却塔进行比较，得到了关于这种新的密闭型湿式冷却塔的可行性的结论。

一种新型中部进风逆流闭式冷却塔

传统逆流塔有不少优点，但也存在空气流通截面小、流量小、流动阻力大等不足，这会影响冷却效果。因此，如能在逆流塔中增加空气流通截面积并且还能改善传热传质，那么，这种逆流闭式冷却塔将会是更有竞争力的塔形。该塔型结构（图3：新型中部进风逆流闭式冷却塔结构示意图）。

此结构是在闭式冷却塔的上部布置填料、下部布置管束，在冷却塔中部的两个侧面开进风口，空气从这两个侧面进风口进入冷却塔后分两路，一路向上流过填料从冷却塔顶部排出，一路向下流过管束，然后从排风通道向上流动，从冷却塔顶部排出，这个排风通道位于未开进风口的两个侧面。在冷却塔中，喷淋水自上而下流动，管束内要被冷却的流体自下而上流动。这样，管束中空气的流动与管内被冷却流体的流动成逆流流动，填料中空气与喷淋水成逆流流动。这种中部进风、上下双向流动的全逆流流动方式，可以增加空气的流通面积，降低空气回流的可能性，增大喷淋水和流体之间、空气和喷淋水之间传热传质的平均温差或焓差，热交换的能动势能维持在一个合理的区间，从而提高传热传质效果、减少管束面积、降低成本。同时此塔在盘管区空气与喷淋水设置为同向流动，有效的防止了“气堵”现象的发生，克服了普通逆向流动时阻力损失大的缺点。

防冻问题

1、冬季基本不用的场合防冻措施

如果在冬季密闭式冷却塔不需要运行，停机时，须将喷淋水和内部循环水排空。冷却塔在换热器的设计上采用立体倾斜式结构，确保了流水畅通和排空干净。换热器顶部设有气阀结构，必要时可以通入压缩空气辅助排空。

2、部分时间段运行的场合防冻问题

密闭式冷却塔的防冻有两部分：喷淋水系统和内部循环水系统（软化水）。

喷淋水系统的防冻问题通常在积水盘内增加电加热器，一般在喷淋水低于5℃时开启，8℃以上停掉。温度探头将信号传递至控制柜，自动控制电加热器的启停。电加热器的功率选择依据循环水量和外界气温确定。

内部循环水系统的防冻可以加乙二醇溶液或者增加电加热设备。乙二醇溶液的配方可以咨询我公司。

对于较大的冷却系统场合，可以考虑挖水池将喷淋水入其内，能够节约因电加热运行的耗电费用，还可以在水池内投放药品，改善喷淋水的水质。

3、常年运行的场合防冻问题

常年运行的密闭式冷却塔，如果配有电控系统，可能会因主系统的负荷变化带来冷却塔台数运行的变化，所以也需要考虑防冻的问题。

随着科学技术的不断发展，密闭式冷却塔必然会迎来更大的发展和应用空间。

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