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1、讨论地铁空调系统冷却技术摘要针对地铁空调冷却水系统的特殊请求,提出了喷雾间接蒸发冷却器与喷雾间接蒸发冷却冷凝器两种计划,扼要剖析了两种计划的工作原理和节能效果,计算标明,采用喷雾冷却设备替代1台600m3/h机械通风冷却塔时,在不思索冷却塔运转费用的根底上,仅冷却塔补水水费一项每年就可节约17万元。关键词地铁喷雾冷却冷水机组喷雾间接蒸发冷却冷凝器0引言近年来,我国鼎力开展城市轨道交通,特别鼓舞地铁的开展,继北京、上海、广州、深圳多条地铁线开通运营后,很多大型城市正在或行将修建地铁,由于地铁站空调系统需求对冷却水停止降温,因而,在地铁建立中不可防止会触及冷却塔的设置问题。由于地铁线路所经过的区域
2、多是城市繁华地带,空中上设置冷却塔的空间有限或基本没有,将冷却塔装置在空中上不只影响城市景观和规划,而且给四周环境带来噪声污染和卫生隐患。因而,研讨地铁专用的冷却器替代目前设置在空中的冷却塔,对处理地铁冷却塔设置的问题具有理想意义。目前地铁空调冷却水系统中所采用的冷却塔是针对设置在室外停止设计制造的,分为横流式和逆流式两种,冷却塔体积宏大,塑料填料间距很小,装置于地铁排风通道中必然影响地铁排风;为防止冷却水被外界空气污染,冷却水不宜与外界空气接触,因而,普通开式冷却塔不宜用于地铁空调系统,而封锁式冷却塔和蒸发式冷凝器由于换热效率等问题而不合适在地铁站中运用,本文提出新型闭式喷雾冷却器和新型喷雾
3、冷凝器两种计划,并对其停止扼要剖析。1喷雾冷却技术研讨成果自Maclaine-cross和Banks树立间接蒸发冷却计算模型以来,国内外专家学者以此为根底对喷雾间接蒸发冷却技术停止了大量的研讨。杨强生等人基于Merkel方程,实验研讨了喷雾空气冷却器的传热传质过程,经过回归的办法得到容积散质系数的关联式1。梅国晖等人研讨了高温外表喷雾冷却传热系数、气水雾化喷嘴最佳气水比和放射方向对喷雾冷却换热的影响,研讨标明,喷雾冷却过程存在最佳气水比,但最佳气水比不是固定不变的,它随着水压的增加而减小;在低水流密度下,放射角90处喷雾传热系数最大,其他放射角度的传热系数大致以放射角90处对称,在高水流密度下
4、,随放射角度增加而显著增加2-4。刘振华经过数值计算办法讨论了液滴与空气速度比和喷雾条件之间的互相关系,以为在自在射流状况下,速度比的变化使流体构成在喷嘴左近的非稳定区和下游的稳定区,在均一流状况下则不存在非稳定区,在稳定区内速度比与模型类别、喷雾间隔和初始速度无关;在喷雾间隔大于0.5m后,可以为速度比进入稳定区,其大小取决于液滴直径和空气冲击速度,空气冲击速度越大,速度比越接近1,液滴直径越小;液滴直径小于100m,可以为速度比等于1,对工程计算没有影响5。JunghoKim详尽研讨了喷雾冷却的传热机理和目前喷雾冷却模型的优缺陷,研讨了物体外表外形、喷雾倾斜角度和重力对喷雾冷却的影响6。最
5、近,美国国度航空航天局的EricA.Silk等人研讨了3种强化外表的喷雾冷却效果和放射倾斜角度(放射轴向与物体外表法向夹角)对喷雾冷却的影响,在喷雾温度为20.5时,剖析了冷却水管采用3种不同肋片外表对冷却效果的影响,研讨标明,相关于平外表而言,直肋片外表热流密度最大,且放射倾斜角度为30时,热流密度可进步75%7。2喷雾冷却与淋水冷却的比拟2.1能耗比拟开式喷雾通风冷却塔由于采用喷雾安装,改动了机械通风冷却塔的工艺构造,不需求淋水填料,所需的风机功率很小以至不需求风机,因而,俭省设备的初投资和运转维护费用,表1是一种喷雾冷却塔与机械通风冷却塔能耗比拟8。2喷雾冷却与淋水冷却的比拟2.1能耗比
6、拟开式喷雾通风冷却塔由于采用喷雾安装,改动了机械通风冷却塔的工艺构造,不需求淋水填料,所需的风机功率很小以至不需求风机,因而,俭省设备的初投资和运转维护费用,表1是一种喷雾冷却塔与机械通风冷却塔能耗比拟8。从表1能够看出,当冷却水量从75m3/h增加到700m3/h时,在没有思索普通冷却塔配套设备能耗和运转费用的根底上,喷雾冷却塔与相应规格的机械通风冷却塔相比,综合节能效率在30%50%之间,喷雾冷却效益显著。喷雾冷却器设置在地铁排风通道内,水雾与冷却器外表的换热量最终必需由通道内排风带走,因而,空气的温湿度决议了冷却器的换热效果,而通道内空气的温湿度与室外空气温湿度差异很大,因而,完成相同排
7、热量所需冷却器的体积相对会大一些,相应设备功率会增大,这样,不可防止地要增加局部能耗和初投资及运转费用。由于冷却塔设置在地铁排风通道内,必然会形成通道的排风断面减小,排风阻力增大,由部分阻力计算公式可知,部分阻力与通道的部分阻力系数和速度的二次幂的乘积成正比,当通道排风断面减小一半时,则部分阻力将为原来的4倍,因而,要完成相同排风量,排风机的功率可能会增大。2.2费用比拟假定某地铁制冷站冷却塔选用横流式冷却塔,型号为DBHZ2-600,9.6万元/台,设计进、出口水温分别为37/32,湿球温度为28,占空中积43m2,高度为3.61m,风机功率为12kW,风量为351m3/h,A声级噪声为56
8、.6dB;循环水泵选用1台轴流泵,流量为400m3/h,功率为7.5kW,凝结水泵选用1台轴流泵,流量为750m3/h,功率为3kW,水泵费用为0.75万元;循环水泵运转费用为5.58万元/a,凝结水泵运转费用为2.23万元/a(电费为0.85元/(kWh),水费为2.8元/t,水、电价来自于重庆市自来水公司和重庆市电力公司;冷却塔和水泵信息来自阿里巴巴网2007-3-15报价)。冷却塔的运转费用包括水泵的运转费用和补给水的费用,要维持冷却系统正常运转,需定期补给循环水,年补给水量L为9式中Q为冷却水的循环量,t/h;K为系数,取0.14;h为冷却塔全年运转时间,h;m为冷却倍率,取60。假定
9、系统全天运转24h,一年按365d计算,求得年补给水量应为66225.6t,年补水费为18.54万元,冷却塔风机年运转费用为8.94万元,则冷却塔年运转费用为35.29万元。假定采用喷雾冷却的设备费用与采用机械通风冷却塔的设备费用相同,但由于喷雾所需水量为机械通风的补水量的5%,因而,在不思索冷却塔运转费用的根底上,仅系统补水水费一项就可节约17万元左右。2.3耗水量比拟如上所述,假定某地铁制冷站采用机械通风冷却塔时需求冷却水量为600m3/h,配套冷却塔进、出口水温为37/32。假定喷雾温度为34,含湿量为34.94g/kg,蒸发率为0.60.8,那么喷雾速率1.82.4kg/s就可完成冷却
10、水降温,全年所需水量为17632645t。若采用机械通风冷却塔,如上述计算可知,年补水量为66225.6t,同样,采用喷淋水冷却时,按相关标准,最小喷淋水量为100kg/(m3h),远远大于喷雾冷却所需水量10,因而,单从耗水量而言,冷却方式宜采取喷雾冷却。3喷雾间接蒸发冷却器与喷雾间接蒸发冷却冷凝器3.1喷雾间接蒸发冷却器喷雾冷却塔与普通机械通风冷却塔不同之处在于喷雾安装的应用,喷雾安装是一种射流元件,是喷雾冷却塔的中心部件,它取代了传统冷却塔的填料微风机,经过喷嘴产生的内旋流作用,有效地保证了低压状态的雾化度,应用低压液流经过旋流雾化喷头构成雾化,喷雾流的反作用力推进它作反向旋转,产生由下
11、部吹向雾流的风力,雾化水滴与进塔空气在雾化状态条件下停止换热,到达预期的降温效果8。喷雾冷却塔构造简单,质量轻,噪声低,耐腐蚀,不易梗塞,运用寿命长,除了省却风机、填料,降低本钱费用外,还降低了塔体的自重,减少由填料阻塞惹起的冷却塔维修,冷却效果稳定,但是由于它和普通开式冷却塔一样与外界空气直接接触,不能保证冷却水水质,而且冷却效果易受空气参数影响。封锁式冷却塔由于冷却水在处置过程中不与外界空气接触,冷却水质不会遭到外界的污染,但地铁空调系统中假如采用喷淋水来冷却封锁式冷却塔内的冷却水,不只冷却效果劣于普通开式冷却塔,冷却塔的体积十分大,而且由于存在大量的飘逸损失,喷淋水用水量大,与将冷却塔设
12、置在空中相比得失相当,因而,综合喷雾冷却塔和封锁式冷却塔的优点,本文提出了一种新型的封锁式喷雾冷却器。喷雾间接蒸发冷却器应用气水雾化喷嘴将经过处置的少量水雾化,喷到冷却器外表,构成一层平均水膜,经过水膜蒸发完成冷却器内部冷却水降温。它既能保证冷却水不受污染,又能到达冷却效果,而且由于喷雾所用的水经过恰当的处置,不会梗塞喷雾安装,能缓解冷却盘外表结垢问题。喷雾间接蒸发冷却器研讨的中心问题是雾化效果和水膜的完好性、平均性和厚度。3.2喷雾间接蒸发冷却冷凝器蒸发式冷凝器是目前制冷系统中常用的一种间接蒸发冷却设备,主要特性是耗水量少,节电和构造紧凑,占空中积小,热效率高。普通水冷式冷凝器每kg冷却水能
13、带走46kJ的热量,而蒸发式冷凝器每kg水蒸发能带走约580kJ的热量,所以蒸发式冷凝器的理论耗水量只要普通水冷式冷凝器的1%。思索冷却水的飞溅以及蒸发、溢水等损失,实践耗水量约为普通水冷式冷凝器循环水量的5%10%。由于喷雾冷却能在冷却器外表构成相对完好平均的水膜,冷却效率更高,所需水量少,目前喷雾冷却多用于高温物体外表的冷却降温,因而,研发一种耗水量少的新型喷雾间接蒸发冷却冷凝器,能够处理地铁空调系统设置冷却塔的问题。该计划的最大优势在于不用设置冷却塔,俭省冷却塔及配套设备的初投资和运转产生的环境问题,采用喷雾冷却的办法,由于所需的水量很少,喷雾水源问题就很容易处理,能够对喷雾所用的水停止
14、软化处置,避免梗塞喷雾安装弛缓解冷凝器外表结垢。喷雾间接蒸发冷却冷凝器本质上是本文所述喷雾间接蒸发冷却器的一个改良计划,要开发它,除了要处理闭式喷雾冷却器的雾化效果,水膜平均性、完好性和厚度等问题以外,还必需与厂商协商设置冷凝器与冷水机组设备接口,对管道停止保温,研讨冷凝器与机组间隔对系统其他设备性能的影响,肯定机组性能随二者间距变化的曲线,这其中触及系统压力损失、制冷剂压力与机组压力匹配等问题。4结论本文的两种计划可完成地铁空调系统冷却塔不设在城市空中上的想象,能俭省目前冷却水系统中局部辅助设备的初投资和运转费用,机组制冷量越大,节水效益越明显,特别是在缺水地域,该项技术的效益更为明显,但是,还有以下问题需求处理:1)保证喷雾压力的相对稳定,维持运转压力在恰当范围内,使冷却效果不受流质变动等的影响。2)研发一套喷雾安装,使换热器外表水膜完好、平均,且厚度很小,经过该安装完成间歇喷雾冷却,树立喷雾评价指标体系。3)研发换热效率高、空气侧阻力小的新型换热器。4)树立喷雾间接蒸发冷却器性能评价指标体系。5)喷雾水软化处置,缓解冷却器外表结垢。6)处理喷雾冷却冷凝器与机组的集成问题及树立相应的评价指标体系。本论文来源于硕士论文网!如需转载请保留一个链接:教育硕士论文
