作者：拉姆齐

冷却塔效率在提高商业和工业冷却系统的整体效率方面起着相当重要的作用。冷却塔是这些系统中不可或缺的组件，无论是用于办公楼的商业系统还是用于炼油厂的工业系统，因此，保持和进一步提高其效率即使不是至关重要，也是非常有益的。

冷却塔由具有各种功能的不同组件组成，其适当的性能与冷却过程的整体性能相对应。除了塔部件的条件外，冷却塔的效率主要取决于气候条件，特别是环境空气的相对湿度及其湿球温度。

设计冷却塔时，会考虑一些因素。这些因素包括湿球温度、冷却范围、湿球温度接近、水循环率、通过塔空中通道的空气速度，当然还有塔的高度。这些设计参数对冷却塔的效率起着重要作用。

图片来自ENEXIO

关于冷却塔效率的第一件事

有两个因素是冷却塔效率的重要指标：补给水质和浓度循环（COC）。这些因素也将有助于确定冷却塔效率是否有提高的空间。

塔中用于冷却过程的水在排放之前在设备中循环多次，COC是一个量化可能循环次数的数字。它被认为是冷却塔效率的主要指标。

浓缩循环的最佳值在很大程度上取决于当地的水质。因此，了解补给水成分很重要。这些信息可以通过对水进行一些化学分析来提取，供水方可能会报告这些分析，也可以通过水处理部门的分析来提取这些信息。

补给水中的杂质会导致一些水垢形成，这与水成分数据一起可能有助于找到最大的COC。

通过了解推荐的最大COC，可以通过将最佳COC与当前COC进行比较来简单地确定是否存在提高冷却塔效率的机会。现在，如果当前的COC接近其最佳值，一些水处理技术（如过滤系统和软水器）可能有利于将浓度循环提高到更高。

冷却塔的工作原理（参考：sugarprocesstech.com)

现在，让我们继续有关冷却塔效率的科学计算的一些细节。

冷却塔热效率计算

有两个因素有助于冷却塔效率的计算，即冷却塔的范围和方法。如前所述，塔的效率与环境湿球温度高度相关。理想情况下，冷水温度等于这个湿球温度。

当然，这个词没有什么是完美的，在这种情况下就是这样，因为只有拥有一个非常大的塔才能实现这种理想的情况，这不仅是不可行的，而且有其自身的问题，例如大量的蒸发和风阻（在接下来的部分中会详细介绍）。

冷却塔方法

冷却塔方法是塔出口处的冷水温度与环境湿球温度之间的差异。该措施是影响冷却塔效率的重要因素之一。

方法=冷水温度-湿球温度

冷却塔系列

冷却塔效率的另一个指标是冷却塔范围，它是通过从冷却塔入口处的热水温度中减去塔的出口水温度来计算的。

范围 = 热水温度 – 冷水温度

塔效率

通过计算冷却塔的范围和方法，可以很容易地得出冷却塔的效率。塔的效率等于水温冷却与热水温度与环境湿球温度之差的百分比。因此，可以按如下方式重写：

冷却塔热效率 = 范围/（范围 + 接近）x 100

从上式可以看出，冷却塔的效率与其环境湿球温度呈负相关。由于湿球温度随温度升高而升高，较热的气候强制降低冷却塔效率，这与直觉是一致的。

其他冷却塔效率相关计算浓度循环

如前所述，水成分有助于冷却塔水的最大浓缩循环。因此，COC被定义为一个无量纲数，表示对应于冷却水中某些矿物质的参数与补给水中该参数的比率。

浓度循环可以通过以下任何公式计算。

COC = 冷却水中的二氧化硅 / 补给水中的二氧化硅

或

COC = 冷却水中的钙硬度/补给水中的钙硬度

或

COC = 冷却水电导率 / 补给水电导率

希望减少塔中的补给水量，因此COC值越高越好。虽然这是事实，但相同量的补给水更高的COC意味着传热组件结垢和结垢的机会增加。因此，最佳COC是传热质量和补给水要求之间的折衷。

蒸发损失计算

蒸发损失可以通过以下公式计算得出，该公式来自整个塔的能量平衡计算：

蒸发损失 = COC x 范围 x Cp / Hv

哪里

Hv = 水汽化潜热 = 2260 kJ / kg Cp = 水的比热 = 4.184 kJ / （kg

.°C）

或从下面的等式经验推导出来：

蒸发损失 = 0.00085 x 1.8 x 量程 x 循环水流量

排放或排污

当冷却塔中的水在系统中循环时，一些在此过程中蒸发，增加了溶解在剩余循环水中的矿物质浓度。当矿物质浓度超过水的饱和点时，水垢形成将是这种情况的自然结果。

冷却塔排污（参考：lenntech.com)

为了解决由于高矿物质浓度而导致的水垢形成问题，一部分与矿物质高度浓缩的冷却塔系统水被冲入下水道，并在称为冷却塔排污或排放的过程中同时被淡水取代。

所需排污量的计算公式如下：

当冷却水循环冷却塔时，部分水蒸发，从而增加剩余水中的总溶解固体。为了控制浓度排污循环，给出了。排污是集中循环的功能。吹气可以通过以下公式计算：

吹扫 = 蒸发损失/ （COC-1）

风阻或漂移损失计算

风阻或漂移损失是塔水损失到通过塔的气流中的塔水量。该值通常由冷却塔的制造商提供，但如果没有提供此类信息，则可以假设其数量如下：

风阻 = 循环水的 0.3% 至 1.0%，用于不带除漂移器的自然通风冷却塔风阻 = 循环水的 0.1% 至 0.3%，用于不带除漂移器的引风机冷塔风阻 = 约循环水的 0.005%（或更少），如果冷却塔有除漂器风阻 = 约循环水的 0.0005%（或更少），如果冷却塔有除漂器并使用海水作为补给水。冷却塔补给水要求

通过在整个冷却塔上执行质量平衡并使用上述措施，对补给水的要求将是排污、蒸发损失和漂移损失的总和。

补给水 = 排污 + 蒸发损失 + 漂移损失

提高冷却塔效率

当我们寻求提高冷却塔效率的方法时，有一些因素需要注意。尽管如此，一旦确定了需要改进的领域，人们如何量化对系统应用更改的影响并跟踪它们？

事实是，衡量这种改进只能通过其他一些测量来完成！例如，应安装水流量计和电导率计，以监测和跟踪补给水和排污电导率，以了解COC的变化情况。因此，必须考虑一些参考值来评估更改对系统性能的贡献程度。

现在，让我们探索一些帮助提高冷却塔效率的方法：

排污缓解

排污限制了冷却系统的性能，当需要提高冷却塔效率时，我们需要解决减轻其不利影响的问题。那么这里的问题是怎么做？

正如我们在另一篇关于冷却塔效率的文章中所讨论的那样，您可以在本文开头找到链接，目标是最大限度地减少排污，以获得更高的COC值，从而提高冷却塔效率。

当然，通过降低排污量，可以减少化学废物的排放量，这对环境和运营商的经济状况都是好消息。还可以安排一些流过滤来控制排放到环境中的固体碎片的数量。

节水提高冷却塔效率

冷却塔最重要的经济和环境考虑因素之一是最大限度地减少系统的用水量。因此，节水策略可被视为提高冷却塔效率的重要步骤。

最佳操作是当浓缩循环处于其最高可能值时，任何低于该最大值的COC都表明有空间通过提高COC来提高冷却塔效率，从而节省更多的水。

废水流再利用

该设施的一些废水蒸汽可用作冷却水补给，以尽量减少淡水的使用量。这种水流可以进行预处理并用作补给水源，而不会对设备造成任何损坏或性能下降。

这种可重复使用的废水源因设施而异，但处理过的废水来自水处理厂、锅炉排污、设施设备和地板冲洗、过滤器反冲洗等。可以这样认为。

冷却塔水处理

除了再利用其他废物流中的处理水以增加节水外，还有可能和必要处理冷却塔自身的水以提高冷却塔的效率。这里需要考虑的是冷却工艺水中矿物质的浓度。

冷却塔水处理系统示意图（参考：seekpng.com)

冷却塔的水可以从地表水资源中获取，例如湖泊或河流，或地下水。除此之外，当水在整个通道中移动以执行其冷却任务时，它会沿途从接触表面带走一些杂质。很明显，这些杂质会导致腐蚀和结垢，从而缩短设备的使用寿命。

冷却塔水处理将有助于消除设备结垢、结垢和劣化的机会，并防止传热表面故障。因此，可以通过更先进的水处理技术提高处理过的冷却塔水的质量，从而提高冷却塔效率。

静态与动态驱动器速度

在使用机械通风冷却塔的情况下，需要使用电机驱动风扇进行散热。此外，冷却塔中推动冷却水通过系统的每个水泵都有一个电机作为其驱动器。可以理解，电机转速在提高冷却塔效率的同时起着重要作用。

旧的冷却塔电机只能以指定的速度运行，即其满载额定值，这似乎不是一种有效的运行方式，因为在某些情况下不需要电机全功率运行。这种电机称为静态驱动器。

为了解决静态驱动器速度问题，冷却塔没有配备使用增强技术的动态驱动器，这些技术不仅有助于提高冷却塔效率，还有助于降低噪音排放并提高可靠性和安全性。

采用改进的电机驱动技术的新型冷却塔设备可以提高整体效率，同时提高降噪、可靠性和安全性。这种动态驱动器通常以VFD或RVSS的形式出现，将在下面稍后讨论。这有两种形式的冷却塔变频器——变频驱动（VFD）和降压软启动器（RVSS）。

降压软启动器 （RVSS）

软启动器在启动期间降低电机转速，以消除高初始扭矩的危险。它们与VFD有许多优点，但它们更便宜且需要更少的空间。尽管如此，电机电压调制不能用软启动器完成;它们只是解决了电机启动的问题，这也可以从名称中推断出来。因此，与VFD相比，对这些驱动器的控制较低。

图片来自ABB

变频驱动

VFD以较低的速度稳定启动，有助于最大限度地减少电机启动期间的振荡和噪音。这意味着由于静态驱动器全功率启动而导致组件故障或故障的可能性几乎为零，因此消除了施加在固定组件上的高扭矩。然后根据负载需求调整其速度，所有这些都导致更高效的电机运行和功耗以及更长的设备使用寿命。

图片来自 jiji

尽管这些驱动器比静态驱动器贵得多，但从长远来看，节省的资金完全平衡了这一初始成本，并且由于减少了水和电力的使用以及较低的维护成本，从而节省了更多的成本。

您可以阅读此处以更好地了解这两种动态驱动程序类型之间的区别以及在哪里使用哪一种，以便为提高冷却塔效率做出更好的决策。

提高冷却塔效率的其他好处

现在我们已经了解了一些行动如何提高冷却塔的效率，我们可能还会看到它们如何使整个设施受益。

如前所述，更好的水处理可降低相应塔段的水垢堆积量，从而保证更高的传热速率，从而降低压缩机的工作量。

以这个为例，提高冷却塔效率不仅可以产生更好的组件性能，还可以提高系统中交互协同工作的所有其他组件的性能，从而降低运营成本、维护成本和监视环境。

哪种冷却塔效率最高？

热水垂直于横流（强制通风）塔中的气流分布，而直接进入逆流塔中的气流。诱导通风系统（逆流）被认为更有效。 编译 陈讲运