自然通风冷却塔一维热力计算迭代初值的分析.pdf

“第45卷第6期
锅炉技术
ol.45,No.6
2014年1月
BOILER TECHNOLOGY
自然通风冷却塔一维热力计算迭代初值的分析
郭赉佳',薛锦安
(1.淮沪煤电有限公司田集发电厂,安微准南232098;2.华东电力设计院,上海2
摘要:在自然通风冷却塔热力计算中,出塔水温及干空气量迭代初值的选取非常重要。若选取的不合适,
有可能造成迭代过程的出错。采用麦克尔模型分析了这些送代初值的取值。最后给出了一…套在冷却塔热力
计算中迭代初值取值的方法。
关键词:自然通风冷却塔;热力计算;迭代
中图分类号:TK264
文献标识码;A
文章编号:1672-4763(2014)06-0022-04
0前言
以下将从介绍传热、传质 Merkel模型开始,
逐步分析。
在逆流式自然通风冷却塔一维热力计算中,
有两个关键的平衡:一个是热力平衡,即冷却任1 Merkel模型
务与冷却能力的平衡;另一个平衡就是空气动力
德国学者 Merkel早在1925年就提出了评
平衡,即冷却塔对进入塔内空气的抽力与空气经估冷却塔性能的理论。不过该理论直到1941年
过冷却塔的阻力的平衡。而这两个平衡均与出被翻译成英文后才引起世界的关注。从那以后
塔水温和干空气量2个关键变量有关。逆流式该模型就被广泛的应用冷却塔的热力计算。国
自然通风冷却塔一维热力计算中,就是不断迭代内外有许多规范及标准均采用该模型,例如
过程,最终得出热力平衡与空气动力平衡均成立 British Standard485、CTI标准及中华人民共和
的出塔水温和干空气量值。
国国家标准《工业循环水冷却塔设计规范》GB/
目前国内外冷却塔热力计算中采用的传热、T50102。
传质模型有 Merkel模型、 Poppe模型和e-NTU
Merkel模型需建立在几个关键的假设上,而
模型,其中应用最广泛的还是 Merkel模型,我国这些假设的目的是为了简化冷却塔热力计算的
《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102(以下简工作量,以使其手算也能完成。以下介绍一下这
称规范)中对标准 Merkel模型进行了一些调整,几个重要的假设:
称该方法为焓差计算法,但方程的基本核心与
(1)刘易斯数( Lewis factor)等于1
Merkel模型是一致的
(2)出塔空气正好为饱和的状态;
由于 Merkel模型中,水体在空气中散热的
(3)蒸发损失的水量在能量方程中忽略
推动力就是该模型中水温对应的饱和空气焓与不计。
该水温点处空气燴的差值,若冷却塔出塔水温
基于以上的假设, Merkel推导出了以下方
和干空气量初值取的不合适,很有可能出现空程,此方程为 Merkel模型的核心:
气焓大于水温对应的饱和空气焓的情况出现,
M
这种情况是与 Merkel模型基本假定是根本矛盾
的,因此必须找到合适的出塔水温和干空气量
国内的规范中对标准 Merkel模型进行了变
初值。
化,《规范》中称为焓差法,主要方程如下
收稿日期:2014-05-28
作者筒介:郭赉使(1978-),男,工程师,从事电力工程管理工作。
第6期
郭费佳,等:自然通风冷却塔一维热力计算送代初值的分析
KV
逆流式自然通风冷却塔一维热力计算的基
Q KT(H-h
本思想就是通过反复迭代计算,最终获得满足冷
以上规范方程的左半边就称作为冷却数,不却塔热力平衡和空气动力平衡的关键参数:出塔
难看出,国内规范的公式与标准 Merkel方程差
水温和干空气量值。
别不大。主要差别就在于国内规范中多了考虑
从图1中可以看出,在热力平衡与空气动力
蒸发水量散热的系数K
平衡计算前,必须要给出出塔水温和干空气量的
对于式(2),国内规范推春采月 Simon近似迭代计算初值。
积分法,当水温差小于15℃时,其中水温t1到tな2
那么如何判断给定的迭代初值是否合理呢?
的积分区域可分为2等分,即变为式(3)
以下通过某算例进行分析。
N=R」.て-)
假设某工况下,环境干球温度为15℃,相对
湿度为70%,大气压力为1024hPa,进出塔水温
K
2ー1+ーん=+
(3)差为9℃,进冷却塔水量为77000m3/h。根据
规范中另外给出了出塔空气比焓式(4)
式(4)可以计算在冷却塔内的换热过程中(即进
出塔水温范围内)的空气焓值曲线,同时也可以
h1+(1
Kλ
(4)计算塔内水温对应的饱和空气焓值曲线。根据
Merkel模型,水体在空气中散热的推动力就是该
至此,可以看出 Merkel J模型及国内常用焾水温对应的饱和空气娢与该
差的核心就在于水温对应的饱和空气焓与冷却
差值,因此,在冷却塔内的换热过程中,水温对应
塔内空气焓的差值是水体向空气传质、传热的推
的饱和空气焓应始终大于该水温点处空气焓值
动力。
否则就与 Merkel模型矛盾了。以下分别选取了
2出塔水温和干空气量迭代初值的合理3个典型的干空气量和出塔水温的初值组合,以
性分析
分析水温对应的饱和空气焓曲线与该水温点处
空气焓值曲线的相互关系。
逆流式自然通风冷却塔一维热力计算的基2.1初值选择
本流程见图1
若选取干空气量值为92400m/h,出塔水
逆流式自然通风
温为12℃,则在冷却塔内水温对应的饱和空气
冷却塔计算开始
焾值曲线及塔内空气焓值曲线见图2
读取冷却塔塔型
填料等输人数据
计算气水比入和冷却塔
出塔水温的初值
热力平衡计算
一与水温对应的饱和空气焓值
10
塔内空气炲值
冷却能力
否修正出塔水温
冷却任务
2
12131415161718192021
0.01
水温tO
是
图2空气焓值曲线
空气动力平衡计算
从图2可以看出,在冷却塔内的换热过程中
修正气水比入ト、抽力ー阻カk0.01>
(即进出塔水温范围内),冷却塔内空气的焓值均
大于或等于冷却水温对应的饱和空气焓值,这种
是
输出计算结果□
情况下,水体就缺少了向空气中散热的推动力,
此时 Merkel模型不再适用,若进行计算很有可
计算完成
能会造成计算过程出错。因此本次假定的水温
图1流程图
与干空气量是不合适的。